数理モデルを用いたイネ草姿形成機構の解明と遺伝情報に基づく表現型予測への応用

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研究の目的は、特に重力に応答して起き上がる動き（重力屈性）と、逆に倒れようとする動き（反重力屈性オフセット）に着目し、どのようにイネ野生種の放射状草姿が決定されるのかを明らかにすることである。成果の1つ目は、クリノスタット装置による擬似無重力環境での、野生種の2ヶ月間に渡る育成に成功したことが挙げられる。擬似無重力環境と通常環境での形態の違いの解析によって、擬似無重力下では、通常環境で見られる野生種の主稈の傾きが見られない（つまり、反重力屈性オフセットも重力への応答である）ことがわかった。そこで、主稈を傾かせる遺伝子の特定を目指して、これら2環境での遺伝子発現の違いを解析中である。また、野生種と栽培種の遺伝子を部分的に交換した実験系統を用いて、既知の遺伝子の効果も調べた。その結果、分げつを傾かせるPROG1遺伝子の効果は主稈でも大きいが、一方で他の原因遺伝子が存在することもわかった。さらに、野生種で重力屈性が働かない系統を、戻し交雑とゲノム編集の2通りで作出中である。2つ目は、複数の写真を元に植物の三次元画像を作成し、形態的な特徴を計測する技術の確立である。これにより二次元的な計測では捉えられない稈の回転運動が測定でき、数理モデリングと組み合わせて、回転運動への重力屈性の影響を明らかにできた。この成果は、本年度の学会での口頭発表を行い、英語論文を令和5年度に投稿予定である。3つ目は、茎頂組織のタイムラプス撮影に成功したことである。筒状の葉に幾重にも囲まれたこの組織は継時的な観察が難しいと思われていたが、組織解剖と撮影の工夫によって実現できた。これにより、葉の成長のしかたを、四次元画像解析ソフトMorphoGraphXを用いて直接的に計測できるようになった。これは、葉の成長の非対称性を解析することで、植物草姿の軸決定（向きの決定）の機構を明らかにするための実験である。