秋田県立大学
甲南大学
自然科学研究機構 基礎生物学研究所
植物は、重力や光などの環境変化に応じて自身の身体を曲げますが、同時に、曲げ過ぎないようにブレーキをかけていることは、意外と知られていません。植物が重力に逆らって茎を曲げる現象は重力屈性とよばれ、1880年のダーウィン親子による著書にも取り上げられているように、多くの研究者の関心を集めてきました。しかし、植物がどのように身体を曲げ、そして曲げ過ぎないように姿勢を正しているのかは、不明なままでした。
この謎に満ちた「曲げに対して姿勢を正すしくみ（すなわち，姿勢制御）」は、植物が自身の身体の状態を認識する自己受容性感覚の一環と捉えることができます。モータータンパク質であるミオシンの機能が損なわれたシロイヌナズナ変異体ではブレーキがかからず、曲がり過ぎた異常な姿勢をとることがわかっていました。
秋田県立大学、甲南大学、京都大学、奈良先端科学技術大学院大学、基礎生物学研究所、埼玉大学の共同研究グループは、変異体と比較することで、植物の姿勢を力学的な視点から調べました。茎を変形する棒とみなす弾性棒理論を応用し、数理力学モデルを構築しました．これによって、茎が曲がる過程で、どこにどのような力がかかるのかを定量的に示す方法論の確立に、初めて成功しました。
この力学モデルから、茎が曲がり過ぎると茎の中間領域で力学的な不均衡を起こし、不安定な姿勢になることがわかりました。すなわち、植物が姿勢正しくまっすぐに伸びることは、力学的に有利であることが示されました。本研究の成果は、ダーウィンの謎を「力学」という新たな視点から展開できる可能性を示しています。
本研究成果は，国際学術誌Scientific Reportsに令和５年７月１７日午前10:00（グリニッジ標準時、日本時間JST 18:00）に掲載されました。
論文タイトル：Shoot gravitropism and organ straightening cooperate to arrive at a mechanically favorable shape in Arabidopsis
(シロイヌナズナは重力屈性と器官姿勢制御の協調により力学的に有利な形状を達成する)
著者：津川暁1*，三宅唯月2，岡本圭史3，豊田正嗣4，八木宏樹2，森田(寺尾)美代5，西村いくこ2，出村拓6，上田晴子2,7*
1秋田県立大学システム科学技術学部
2甲南大学大学院自然科学研究科
3京都大学大学院理学研究科
4埼玉大学理学部
5基礎生物学研究所
6奈良先端科学技術大学院大学
7甲南大学理工学部
＊責任著者
