2020 年度実施状況報告書

EPFL2ペプチドによる新規パターン形成メカニズムの解明

研究課題

研究課題/領域番号	20K15807
研究機関	横浜市立大学
研究代表者	爲重才覚横浜市立大学, 木原生物学研究所, 特任助教 (20725006)
研究期間 (年度)	2020-04-01 – 2022-03-31
キーワード	植物発生学 / オーキシン / 形態形成 / 葉 / ペプチド
研究実績の概要	本研究ではEPFL2ペプチドの機能とオーキシンパターン制御との関連に注目して、形態形成のパターンが生じる原理の解明を目指している。本研究では実験と理論の両輪で研究を進めるが、EPFL2とオーキシンとオーキシン関連遺伝子の制御関係を数理モデル化して、これらの因子によってパターンが形成されるか否かを検証する。そのシミュレーションの準備として、 python 言語で記述したプログラムを作成し、2因子間での相互抑制関係によって双安定系を構築すること、拡散不安定性による自律的なチューリングパターンを再現すること、に取り組み一次元的に並んだ細胞におけるパターンのシミュレーションを実装できた。今後このプログラムを改変してEPFL2とオーキシンの挙動をシミュレーションする。 EPFL2を含むファミリーのペプチド（EPFLs）の機能を分子レベルで解析するため、一過的なEPFLsの投与あるいは発現の実験を計画している。こうした実験においてEPFLsが期待通り機能していることを確認する方法論が重要である。EPFLsの生理活性として気孔密度への影響がよく知られていることから、EPFLsの活性評価系を構築するため、効率的に気孔密度を計測するシステムの構築を共同研究者を得て進めた。具体的には顕微鏡画像から気孔を計数するための機械学習モデルを構築するため、深層学習用の画像を多数取得し、表皮の画像から自動で気孔を検出・計数できるようになった。本年度は他に、胚発生におけるEPFL2ペプチドとオーキシンの関連性について共同研究者とともに調査し、その論文を投稿した。また、EPFLsの機能の多面的理解のために遺伝子の進化的保存性にも注目しているが、関連する研究プロジェクトで得られたパンコムギのゲノム情報からEPFLsの保存性を調査した。
現在までの達成度 (区分)	現在までの達成度 (区分) 3: やや遅れている理由当初予定していた形質転換植物の作出およびRNA-seqによる遺伝子発現解析に遅れが生じた。他に今年度は、新型コロナウイルス感染症の流行とともに、学会等における情報収集活動に制限があったこと、実験作業時間に制限のある時期やRNA抽出試薬の品薄などの影響があった。
今後の研究の推進方策	本研究で予定していたEPFL2ペプチドの下流で働くオーキシン関連遺伝子の解析、EPFL2プロモーターの解析を行う。また数理シミュレーションによってオーキシンの極性輸送によらずにEPFL2とオーキシンの関係性によってパターンの生成されるモデルを探る。また本研究の過程で開発した上述の画像解析技術を論文発表する。
次年度使用額が生じた理由	新型コロナウイルス感染症の流行とともに、学会等、特に国際学会への参加が無かったことが、次年度使用額が生じた主な理由である。次年度も同感染症の影響のため学会参加費は当初計画よりも使用しない可能性が高く、今後、次年度使用予定額とあわせて、実験データ取得のためRNA-seq解析、および本研究に関連する論文発表などへの使用を増額して本研究成果を最大化する。