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2021 年度 実績報告書

位相応答曲線の高速同定法による植物の環境応答と発生の時空間統合モデルの構築

公募研究

研究領域細胞システムの自律周期とその変調が駆動する植物の発生
研究課題/領域番号 20H05424
研究機関大阪府立大学

研究代表者

福田 弘和  大阪府立大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (90405358)

研究期間 (年度) 2020-04-01 – 2022-03-31
キーワード数理生物学 / 概日時計 / 非線形動力学 / パターン形成 / 結合振動子系
研究実績の概要

本研究では、概日リズムの時空間ダイナミクスを精細に計測することで、多様な外部入力と細胞間相互作用における応答性を定式化し、植物の環境応答と発生に関する時空間統合モデルの構築を目指した。
2021年度は、1)多種類のPRCの計測(後半)を行った。【目的】前年度に確立した手法を用いて、様々な因子(計12種)に対する個体ならびに各部位(計4種)のPRCを求めた。【方法】以下の多種類のPRCを計測した(主に、SR-PRC法を利用した)。●環境因子(光〔青/赤色、強度別〕、温度〔加温、冷却〕)計6種×部位4種=PRC計24個、●化合物・シグナル分子(ショ糖、glyphosateなど)計6種×部位4種=PRC計24個。
また、2)成長点における概日リズムの位相リセット現象へのPRCの導入を行った。【目的】成長点では強烈な概日リズムの位相リセットが発生しており、恒常条件(DD条件ならびにLL条件)においてストライプ状の位相波が発生する。さらに、根における成長点は主根の先端だけでなく、側根として追加形成されるため、長期間に渡る時空間ダイナミクスには強い内部ノイズが発生する。この内部ノイズの特性を解明することは、植物の高度な環境応答と器官発生の連動ダイナミクスを解明する手がかりとなる。そこで、成長点に生じる概日時計の位相リセット現象の数理モデルに、PRCを導入した改良型の数理モデルを構築した。【方法】開発した数理モデルを基に、特に「概日リズムの位相リセット」と「細胞周期」の関係について分子レベルのメカニズムを捉えつつ、ダイナミクスの機構を結合振幅方程式へと簡略化して数理モデル化した。さらに、計画班・公募班の専門家からの助言により生物学的な補完を行った。

現在までの達成度 (段落)

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

  • 研究成果

    (2件)

すべて 2021 その他

すべて 雑誌論文 (1件) (うち査読あり 1件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] Unstable Phase Response Curves Shown by Spatiotemporal Patterns in the Plant Root Circadian Clock2021

    • 著者名/発表者名
      Kosaku Masuda, Hirokazu Fukuda
    • 雑誌名

      Journal of Biological Rhythms

      巻: 36 ページ: 432-441

    • DOI

      10.1177/07487304211028440

    • 査読あり
  • [備考] 大阪公立大学 工学研究科 機械系専攻 バイオ生産システム工学研究グループ

    • URL

      https://www.omu.ac.jp/eng/bioproduction/

URL: 

公開日: 2024-12-25  

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