器官成長モデリングによる作物の3D構造形成の原理解明と予測技術の開発

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作物の器官の形を自在に操ることは、遺伝育種学や作物学において、未だ達成されていない未解決の問題である。しかしながら、個々の細胞の成長と、多細胞からなる器官の複雑な立体構造形成がどのように関与しているのかは明らかではなく、そのため、器官形状の自在な制御は未だ困難である。さらに、植物の立体形状は遺伝子と環境の双方によって複合的にコントロールされており、従来の遺伝学のみでは立体構造形成の原理をとらえることは困難である。本研究では、イネのコメの形を決定する頴花の形状をモデルケースとし、物理ベースの数理モデリングにより、器官の立体構造の形成原理を解明する。コメは世界の主要な食料の一つであり、その形は食味や収量性だけでなく、食文化などとも関連する重要な形質である。そのため、コメの形状を予測・操作できる技術はイネの品種改良や、食糧生産の安定化にとって重要であると考えられる。そのために、まず、単一の遺伝子型かつ単一の環境下において、イネの頴花発生過程をシミュレートする物理ベースのモデルを構築する。発生過程にあるイネ頴花を、実体顕微鏡および共焦点レーザー顕微鏡により時系列的に解析し、立体構造の変形過程を、器官を形成する部位毎の生長率として定量する。定量データをもとに、最終的な形状を記述できるモデルを構築し、検証を行う。さらに、遺伝子型情報とモデルパラメータの関係性を明らかにするために、ゲノム情報が既知のイネ品種を多数利用し、発生過程にあるイネ頴花の立体構造の変形過程を実体顕微鏡と共焦点レーザー顕微鏡を用いて解析する。