九州大学大学院医学研究院の三浦岳教授と今村寿子助教の研究グループは、東京大学およびエルピクセル株式会社との共同研究で、植物の表皮細胞の複雑な形が形成されるメカニズムを世界で初めて解明したと発表した。

 双子葉植物の葉の表面の細胞はジグソーパズル様の構造を形成する。この現象に関わる遺伝子は多く同定されているが、これらの相互作用で形が作られるメカニズムはほとんど不明であった。三浦教授らは、頭蓋骨の縫合線が湾曲するメカニズムの研究から、植物の細胞壁のパターン形成のメカニズムにも共通点があると考え共同研究を開始したという。

 研究グループは植物の細胞壁の合成-分解の分子回路を数理モデル化し、数値シミュレーションによって細胞壁の湾曲形成を再現。このモデルは、以前九州大学グループが用いていた頭蓋骨縫合線の湾曲形成モデルと全く同じものであることが判明した。

 これを受けて東京大学の植物学者の実験グループは、細胞壁の分解を促進して形状変化を観察する実験を行い、その結果を数理モデルで検証することで、細胞壁が一定の厚さを保ったまま湾曲構造を形成するメカニズムの一端を解明した。また、細胞のつなぎ目の部分にある細胞壁の三叉部分の角度が120度に近づいていくことを数理モデルで予測し、画像処理技術を用いた検証により確認した。

 このように医学と植物学の間を数学が仲立ちをするという「超」異分野融合研究によって、これまで全く不明であった植物細胞の形づくりの仕組を解明した。本研究で得られた数理モデルをきっかけに、細胞壁の湾曲の機構の解明という植物研究の1分野が開拓されることが期待されるとしている。

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大学ジャーナルオンライン編集部

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