村中智明 研究員、小山時隆 理学研究科准教授らの研究グループは、ウキクサ植物を材料として、個々の細胞における遺伝子発現リズムを可視化する技術を開発し、細胞レベルから生物が時間を測る体内時計（概日時計）の挙動を解明することに成功しました。
本研究成果は、2016年7月16日午前3時に米国科学振興協会の学術誌「Science Advances」に掲載されました。
研究者からのコメント
左から、小山准教授、村中研究员
植物个体上の个々の细胞の遗伝子発现を自然な状态で长期间観测することで、细胞に由来する生物时计の本质に一歩近づく研究成果を上げることができました。材料に使ったウキクサは、かなりエエ加减な时计で构成されていることが惊きでした。日の长さに応じて花を咲かせる光周性反応では厳密に昼夜の长さを测っていることがウキクサで知られていたからです。エエ加减な细胞时计の集合体であるウキクサも、昼夜のある环境ではビシッと秩序をもって时刻を揃えることを明らかにすることで、エエ加减な时计によって厳密な时间测定するという不思议な现象の説明ができたことが私にとって大きな成果に感じられます。今后は、このような生物时计の性质を与えるメカニズムを解明するとともに、エエ加减で个性をもつ细胞时计で构成される社会としての植物を时间秩序の视点から理解していきたいと思っています。
本研究成果のポイント
- 植物个体内の细胞が生み出す概日リズムを个别かつ长期间测定することに世界で初めて成功
- 细胞単位の概日时计は时间精度も均质性も低いアバウトな性质を持つことを定量的に実証
- 昼夜のある条件ではアバウトな性质が一扫され、细胞时计は个体内で整然と时を刻むことを発见
概要
生物は时间を测る体内时计（概日时计）という约24时间周期のリズム（概日リズム）発振机构を备えており、地球の自転に伴う昼夜サイクルに适応しています。概日时计を构成する遗伝子は个々の细胞で机能するため、个々の细胞が时计として働きます。しかしながら、植物内における细胞の遗伝子発现を个别に测定することは非常に困难であり、细胞レベルでの概日时计の性质はよく分かっていませんでした。
本研究ではウキクサ植物を材料として、个々の细胞における遗伝子発现リズムを可视化する技术を开発し、细胞レベルから概日时计の挙动を解明することに成功しました。その结果、连続明のような昼夜のない条件では、个々の细胞のリズム周期は不安定であり、细胞间でリズムは徐々にずれていくことが明らかとなりました。
一方、昼夜のある环境下では植物细胞の概日时计は秩序正しく时刻の空间パターンを形成することを発见しました。この空间パターンは、昼夜のない条件でみられたアバウトな时计の性质を一扫することで形成されると推察されます。このことから、植物の概日时计は昼夜のある环境下で初めてその実力を発挥すると考えられました。
昼夜の有无によって植物の时计の状态が大きく异なることを明らかとなりましたが、今后、このような剧的な変化を可能とする仕组みを解明することを目指します。
详しい研究内容について
书誌情报
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【碍鲍搁贰狈础滨アクセス鲍搁尝】
Tomoaki Muranaka and Tokitaka Oyama. (2016). Heterogeneity of cellular circadian clocks in intact plants and its correction under light-dark cycles. Science Advances, Vol. 2, no. 7, e1600500.
- 京都新聞（7月28日 26面）に掲載されました。
