総説

細胞レベルの概日リズム測定からわかる植物の時間秩序
小山時隆✉

京都大学大学院理学研究科生物科学専攻植物学系
概日時計の基本発振装置が個々の細胞に備わっていることは動物、植物、バクテリアを含め生物一般にいえることであろう。一方、動物も植物も多細胞生物であり、概日リズムの生理学的意義は個々の細胞に限らず、組織や個体レベルの日周的な挙動の中に見出される。その関係性は、時計をもつ人々が形成する集団・社会の中で、個々人の時計の利用価値と社会そのものの時間（時計）の共有性／利用価値が不可分であることにも例えられよう。それぞれの社会や個人に必要とされる時計の精度や時計の標準時刻など、時間に関わる注目点は多数あげられる。筆者は、植物個体という細胞集団・社会に注目し、その社会を壊すことなく個々の構成員（細胞）の概日時計の挙動を観測することに成功した。
本総説では、個体内における個々の細胞概日時計の挙動について、その観測手法、時間精度、同調様式など、筆者らの成果を含めて論じる。
１．はじめにあるコケ植物において、概日時計を構成するコアな時

植物に限らず生物一般に、概日時計は個々の細胞に計タンパク質は被子植物のものと共通性がみられる備わっていると考えられている。概日時計を持っていことが分かってきた 3。植物の概日時計システムは緑る細胞だからといって、個体外部の周期的環境変動へ藻のものと比較すると複雑であるが、その原型は単細の概日時計の同調機構が全て備えられているわけで胞生物だったころに形成されたと考えることができは必ずしもないが、およそ 1 日の周期性を生み出す基る。つまり、進化的にも植物の概日リズムは細胞自律本的なメカニズムは細胞の中にある。一方で、葉の就的なシステムを基本として発展してきたと考えられ眠運動や花の開花時間、動物の就眠など私たちが普通る。植物でこれまでに明らかにされてきた主な時計タに観察したり感じたりすることのできる概日リズム

ンパク質は転写調節因子であり、動物の概日時計同様は巨視的な現象であり、細胞の概日リズムがそれらのに、その発振機構は転写・翻訳フィードバックループ現象の基盤であっても、細胞概日時計の動きとして実を基盤としている 4。この点においても概日時計の細感しにくい。単細胞性の生物が示す概日リズムについ胞自律性がみてとれる。一方で、ほ乳類の概日時計シては、たとえ細胞集団のリズムとして観察されたとしステムと異なる点として、すべての細胞が光受容体をても、それは個々の細胞が示す概日リズムを反映して持っていることが挙げられる。明暗周期の感知も含めいると理解されるだろう。カサノリの光合成活性の周て概日時計システムがワンセットそろっている植物

期性やクラミドモナスの走光性、細胞分裂の周期性と細胞の個体内での挙動はどのようなものであろう

いった単細胞性緑藻の概日リズムが 1960 年代から知か？

られている 1。緑藻は草木などの陸上植物と同じ緑色植物のグループに属することから、私たちが普段目に２．都合のいい材料と方法：ウキクサと一過的発光レする植物の概日時計を考える際のモデル系とみなす

ポーター導入系

ことができる。なお、ユーグレナ（ミドリムシ）や渦ウキクサは池や水田で見ることができるように、水鞭毛藻（ゴニオラックスなど）は光合成する生物としに浮かんで暮らす小さく扁平な植物である（図１A）。て古くから概日リズムの研究対象とされてきたが、こ見た目は単純だが花をつける単子葉植物で、サトイモれらは緑色植物とは系統的に離れたグループに属しの仲間である。土壌に生え、立体的に成長する一般的ており、植物と同列に議論するのは難しい 2。概日時な植物とは異なり、水に浮かび扁平であるという構造計の分子機構についての近年の研究から、緑色植物全的特徴から、植物体の上面が常に水平を維持している。

体の先祖型と考えられる緑藻や陸上植物の先祖型でそのため、実験の観点からは、通常の栽培時でも真上✉oyama@cosmos.bot.kyoto-u.ac.jp
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込む際の圧力を弱く設定でき、植物体へのダメージを少なくすることが可能となる。パーティクルボンバー
ドメント法をもちいると、植物体の表面近く（表皮細胞およびその下にある葉肉細胞）に遺伝子が導入されるが、すべての細胞に遺伝子導入されるわけではなく、ごく一部の細胞でのみ外来遺伝子が発現する。この導入特性から、発光遺伝子を発現させた植物個体に対し、カメラ／ビデオ用レンズを装着した高感度カメラで真上からイメージングを行うと、夜空の星のように個々の細胞の発光を検出することができる（図１B）。
ウキクサは被子植物の中では非常に小さいサイズ（用いているウキクサは径が 5 mm 程度）であるが、この方法で 100 個程度の発光スポットを 1 つの個体（葉状体あるいはフロンドと呼ばれている部分）上で同時に観測することは容易である。ウキクサの上面の表皮
図1 ウキクサ個体内の細胞発光モニタリング。
パーティクルボンバードメント法で発光レポーター遺伝子を導入したイボウキクサ（Lemna gibba）の明視野像（A）とEM‐CCDカメラで撮影した発光画像（B）。（C）
AtCCA1::LUCレポーターを導入した細胞発光変動例。明暗同調されたウキクサを連続明条件下で30分毎に発光画像取得した。

から同じ距離（焦点）で長期間観察することが可能な植物材料となっている。これらのウキクサの特性を生かすことで、植物個体全体の高空間解像度イメージングが容易になるだけでなく、植物の成長を伴う長期間の測定も容易になる点に筆者は注目した。また、個体中の個々の細胞の概日リズムを観測するために、パーティクルボンバードメント（パーティクルガン、ジーンガン）による発光レポーター遺伝子導入系を取り入れた。パーティクルボンバードメント法は一過的な遺伝子発現系の 1 つとして、古くから植物細胞への遺伝子導入法として用いられてきた。『一過的』という言
葉の語感からか、概日リズムのように長期間測定のために用いるのは不適当と思われていたが、筆者らが時計遺伝子プロモーターでドライブしたホタルルシフェラーゼ遺伝子（例えば AtCCA1::LUC）をウキクサに導入したところ、生物発光は導入後１週間以上持続することがわかった 5,6。さらに、シアノバクテリアの概日リズム観測用に、名古屋大の近藤らによって開発された光電子増倍管を利用した自動生物発光モニタリング装置を使えば、非常に簡便に植物の概日リズムを測定できることがわかった。また、『ボンバード』
や『ガン』という物騒な語感から、対象材料へのダメージが心配になる。ウキクサのような水生植物は重力に逆らう必要がなく、一般的な陸生の植物より細胞壁の構造が弱い。そのため、ウキクサを材料にするとDNA を付着させた金粒子をパーティクルガンで打ち

時間生物学

Vol. 24, No. 1 (2018)

細胞は数万個あるので、発光細胞は導入可能細胞全体の１％未満であるが、それでも観測した個々の細胞の挙動から個体の細胞全体の挙動を推測することができる。図１A,B はカメラ／ビデオ用のレンズで撮影した像であるが、顕微鏡を使って細胞発光イメージング時の空間解像度を上げることも可能である。ただし、顕微鏡を用いると、像拡大に伴う焦点深度の減少によって、個体中の発光スポットを同時に多数測定するのが困難になる。また、長時間測定においては、個体成長に伴う上下軸方向の微小な移動があるため焦点を維持し続けることも困難となる。一方、空間解像度という点では GFP のような蛍光タンパクを用いるのがベストな選択肢であり、蛍光タンパクを利用した細胞の概日リズム測定は動物だけではなく、植物においてもなされている 7。ただし、植物の細胞は光受容体を持っており、蛍光観察時に必要となる励起光の照射が概日時計そのものの挙動に影響を与えるため、適用できる条件に制限がかかる。たとえば、蛍光タンパクレポーターによる連続暗条件での細胞概日リズム観測は不可能である。また、動物組織と異なり植物はクロロフィル（葉緑素）をはじめとする様々な色素を多量に含んでおり、蛍光タンパクの定量的観測は一般的に難しい。ウキクサというユニークな植物を材料とし、通常条件で生育した個体の中の細胞概日リズムを観測する手法についてあれこれ述べてきたが、ウキクサは概日リズム研究や光周性研究へ厳密な生理学実験が適用された植物材料の草分け的存在でもあり、時間生物学との相性がよいのも利点となっている 8,9。
筆者らが開発した細胞発光測定系では、個体上の細胞概日リズムを 1 週間以上観測可能である 10,11（図１C）。イボウキクサを用いると連続明条件下ではどの17細胞も概日リズムを示す一方で、連続暗条件下では細胞概日リズムの急激な低振幅化（あるいは周期性の消失）と長周期化がおこることが明らかとなった。連続暗条件下で概日リズムが減衰・消失する性質は属の異なるウキクサでも共通して見られることが示唆されている 12。ただし、この性質は植物に一般的なものではなく、たとえばモデル植物のシロイヌナズナでは連続暗条件下でも概日リズムは安定に維持される 13。次節から、ウキクサを使った筆者らの細胞概日リズムの解析でわかってきた、細胞概日時計の品質、個体内での空間的な時間制御、細胞概日時計のバラツキ、環境応答性について述べる。ただし、連続暗条件下の周期性に見られるように、植物一般的な性質である保証はないことに注意されたい。もっとも、シロイヌナズナの概日時計の性質が一般的という保証もどこにもない。
３．細胞概日時計の時間精度： 動物並みに悪い
私たちの生活の中で時計はなくてはならないもの
であるが、最近はスマホやパソコンの画面が時計と同図 2 個体／組織が示す概日リズムと個々の細胞概日リズムの関係性。遺伝子発現リズムなど細胞概日リズムの総和が細胞集団のリズムになる場合について、個体／組織レベルの減衰リズムの要因となる細胞概日リズムの様態を示す。

わかる。

義になりつつあるようだ。それでも、クォーツ式時計時計の品質を決める上で個々の時計の時間精度はや機械式ムーブメントを持つ腕時計などクラシカル重要だが、同じ時計を使う集団の観点からは時計間のな時計もまだまだ健在だ。時計の時間精度は高級なク品質の均質性も重要なポイントとなる。マウスのォーツ式で年差 10 秒以内、高級な機械式で日差 10 秒

SCN での時計の精度に関する報告によると、平均周以内程度であろう。機械式時計の改良にどれだけお金期が 24 時間程度に対して、バラバラにして培養されをかけて頑張っても“年”差で語れる時間精度には達た SCN のニューロン間のバラツキは標準偏差で 1.28しないだろう。また、温度や振動など時計を使う環境時間、周期毎のバラツキは 2.07 時間と推定されていに時間精度は依存するので、これら環境変動に対するる 16,17。周期毎のバラツキと比較すると細胞間のバラ精度維持（頑健性）も時計品質の重要なファクターとツキは小さいことがわかる。また、マウスの線維芽細なる。生物の持つ概日時計の品質を細胞単位で比較し胞の培養下での細胞概日リズムを 6 週間という長期た場合、知られている範囲で最も精度がよいのはシアにわたって測定した結果によると、平均周期は 25 時

ノバクテリアの概日時計だ。３種類の Kai 時計タン間程度で細胞間のバラツキ（標準偏差）は 0.77 時間

パク質を構成部品とし ATP をエネルギー源に概日発で、周期毎のバラツキは 1.97 時間と推定された 18。

振するタンパク時計である 14。時計の精度を平均周期1 日に 2 時間もずれる時計は現代社会では使い道がな

長 に 対 す る 標 準 偏 差 で 表 す と Synechococcus

さそうだが、この時間精度の悪さと比べると、細胞概elongatus PCC 7942（概日リズムの研究に使われる日時計間での平均的な周期のズレは小さく、細胞間のシアノバクテリア）の場合は、平均周期長 25 時間程均質性という点が生物にとってより重要度が高いこ

度に対して標準偏差が 0.1 時間程度と推定されていとが示唆される。

る 15。1 日のずれが 10 分程度（平均周期に対する偏さて、植物個体あるいは組織レベルの概日リズムは差という意味で）のシアノバクテリア時計であれば、恒常条件下で減衰する場合が多い 19。個体あるいは組クォーツ式時計が普及する前の世界であれば使える織レベルの減衰リズムが観測された場合、その要素とレベルに達しているのではないだろうか。培養条件下なる細胞のレベルでは、2 つのことが生じている可能でのシアノバクテリアにおいては時計の針が一周す性がある（図 2）。細胞レベルのリズムも減衰している間には細胞分裂がおこることから、細胞内環境の大る場合と、細胞間でリズムの位相がずれていく脱同調きな変化を経験しても、この程度の時間のずれしか生の場合である。また、脱同調を生じさせる要因としてじさせない頑健性をこの時計は保持していることがは、固有周期の細胞間の差異と個々の細胞概日リズム

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の不安定性の 2 つが挙げられる。動物の細胞概日リズ

細胞概日リズムの位相差との相関を分析した結果、細ムのバラツキに関する上記の説明と対応付けると、前胞間の距離が 0.5 mm 以下であれば、細胞間の距離が者が細胞間のバラツキであり、後者は周期毎のバラツ近いほど平均的な位相差が小さくなる傾向がみられキとなる。発光レポーターを利用した時計遺伝子プロ

た 11。ただし、近距離にある細胞同士が常に近い位相モーター活性の個体レベルの概日リズムは、ウキクサを示すわけではなく、お互いに近い位相を示す期間がにおいて連続明、連続暗どちらの条件下においても減

遠距離にある細胞と比較して長くなる傾向を示して衰するが、特に連続暗条件下で顕著な減衰を示す 5。

いた。つまり、近接的に働く同調促進作用がウキクサ

前節で述べたが、連続暗条件下では細胞概日リズムその個体内で生じている可能性が考えられる。このようのものが減衰する傾向が強くみられる。一方で、連続な近接領域での概日リズム同調に関する相互作用は明条件下では細胞概日リズムそのものは維持される

シロイヌナズナでも示唆されている 22,23。近接領域のが、細胞間の脱同調が生じる 11（図 1C）。連続明条件同調状態はみられても、恒常条件下に置かれた個体全下で育て続けていたウキクサ個体内の細胞発光概日体では、概日時計の位相が決まっていない状態で落ちリズムを統計的に解析した結果、ほとんどの細胞の周着くようだ。恒常条件下で細胞概日リズムがバラバラ

期は 21〜28 時間の範囲にあることが明らかとなった。になる状態が植物成長に与える影響については不明

その平均周期は 23.5 時間、細胞間のバラツキ（標準な点が多いが、ウキクサの場合、特に成長が悪くなっ偏差）は 1.11 時間、周期毎のバラツキは 2.45 時間とたりすることは見られない。

推定された。これらのバラツキがウキクサ個体レベル言うまでもないが、植物がいる自然環境には昼夜変の概日リズムの減衰を引き起こす要因となっている。

動があり、その周期的環境変動に個体全体として時計植物の細胞概日リズムのバラツキは動物よりやや大の時刻を合わせれば問題はないだろう。細胞概日リズ

きいが、植物も動物も同じく、細胞間の均質性が時間ムがバラバラな状態の植物でも明暗周期を与えるこ精度より優っている点が興味深い。5 節で詳しく述べとで、個々の細胞概日リズムは外部環境に速やかに同るが、通常の自然条件下では昼夜があり、その周期的調することができる 11。連続明条件下で細胞概日時計

環境変動に概日時計を毎日合わせればよいので、周期の位相がバラバラになったウキクサ個体を 12 時間暗毎のバラツキは大した不利益を生まないのかもしれ期に入れると個々の細胞がそれぞれの位相に依存しない。また、シアノバクテリアのタンパク時計は優れて時計遺伝子の発現を変化させる。暗期が終了し、明た時間精度を示すことから、時計発振機構の面から考期へ移行した後は、暗期突入時の位相によらず細胞概えて、転写・翻訳フィードバックシステムを基盤する日時計はほぼ位相が揃った状態になる。ただし、暗期

植物や動物の概日時計は、この発振原理のせいで時間導入が導入前の概日時計が示す時刻と逆相になった精度を上げるのが困難なのかもしれない 20。また、ほ細胞の場合は、一度の暗期では完全に位相が揃わず、乳類の SCN においては、バラバラにしたニューロン12 時間後にもう一度暗期を与えることで位相を揃えや SCN の神経伝達を阻害した状態のニューロンでは、ることができる。
『位相が揃う』と言っているが、実細胞概日時計の時間精度は高くないが、通常の SCN際は程度の問題であり、細胞間でバラツキが見られる 11。の時間精度は高く、スライスした SCN の周期毎のバ明暗周期下での時計遺伝子発現ピーク時刻を細胞間ラツキ（標準偏差）は 0.66 時間と推定されており、で比較すると同一個体中でも 2 時間程度の範囲で時臓器内での細胞間相互作用により同調状態を維持し間差が観測される。同一個体内でも、連続明条件下でていると考えられる 17,18,21。この点は、ウキクサ個体の細胞概日リズムの周期にバラツキがみられること内に生じる細胞概日時計の脱同調状態とは大きく異は前節で述べたが、それらの周期と位相（の遅れ）となっているが、植物においても個体という空間内で全の間に弱い相関が見られた。つまり、細胞固有の周期く無秩序に細胞概日時計が発振しているわけではなが長いリズムは明暗周期下では位相が遅れる傾向がいことを次節で述べる。

見られた。ただし、細胞間での 2 時間程度の位相差は、細胞概日時計の固有周期の違いに起因するというよ４．細胞概日時計の空間的秩序：フリーラン時と明暗りは、ウキクサ個体（フロンドと呼ぶ葉状体）の空間同調時の違い的な位置に大きく依存することが明らかとなった 11。

ウキクサという非常に小さな個体内ですら、連続明フロンドの中心付近の細胞概日時計の位相は辺縁部条件下でのフリーラン時は細胞概日時計の駄目さ加の細胞概日時計の位相より 1〜2 時間前進していた。

減が目立つ結果であったが、個体内の細胞間の距離と観測している細胞は葉肉細胞という種類がほとんど

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であり、その固有周期は空間的な位置によらない。一方で、植物個体で異なる器官間で概日リズムに関する非対称的な相互作用があることがシロイヌナズナで示されており 24,25、明暗周期下のウキクサにおいても器官配置などの構造的要因で位相の空間分布様式が決まっているのかもしれない。明暗条件下で中心から辺縁へと概日リズムの位相が移動していく現象の生理学的意義や形成メカニズムは不明であるが、個体レベルの概日時計システムを理解する上で重要な切り口になると期待される。
５．細胞概日時計の『個性』の限度：許されるバラツ
キとはこれまで述べたように、恒常条件下でウキクサの葉肉組織の細胞概日リズムはそれぞれかなり自由に振舞う一方で、昼夜のある環境では空間的にも時間的にも統制のとれた振舞をしているようだ。言い換えると、同一組織／個体でも細胞単位で見ると概日時計はある程度『個性』を持っているが、明暗周期下ではその『個性』や時計自体の不確実性が減り、新規の秩序に組み込まれる。ここで『個性』と呼んだものは、同一細胞種の細胞間で長期的に生じる時計の性質の差であり、細胞間の固有周期のバラツキなどを生み出している。植物の場合、それぞれの細胞が成熟した後はその大きさは不変で、含まれる葉緑体の量もほぼ一定である。つまり、これらの細胞属性の細胞間のバラツキは長期的に固定された差であり、細胞概日時計の『個性』に反映するかもしれない。一方で、個々の細胞での時計関連遺伝子の発現レベルなど概日時計システム構成因子に生じる短期的なノイズが時間精度の低下（周期毎のバラツキ）の原因となっていると考えられる。様々な階層のバラツキを示す細胞概日時計が明暗周期下での時空間的秩序（統合性）のなかで統一的に動けるメカニズムは今後の課題であるが、明暗周期下における時間の制御に関して、光応答反応のような環境応答の影響が一義的であり、概日時計の周期の影響は小さいとの解釈も可能であろう。ただし、そのよ

図 3 ウキクサの細胞概日リズムの非 24 時間明暗周期への同調様式。イボウキクサの細胞概日リズムの T 実験(T = 24,20, 16, 12 時間)でえられた結果を元に、図中右側に示した各同調様式の細胞の出現頻度を模式的に示す 26。と 1 回の明暗には半端な同調しかできず、2 回の明暗で元の状態に戻る同調様式を示す細胞が半数程度出現する（図３）。
『周期倍』と呼ばれる現象だが、固有周期の長い細胞は T=16 時間でこの同調様式をとる傾向が強くみられた。つまり、細胞概日時計の固有周期のバラツキは、通常の昼夜環境（24 時間周期）下では顕在化しないが、外部環境周期が短くなると質的な違いを生じさせることがわかった。別の見方をすると、通常の 24 時間周期に合わせられる範囲であれば概日時計の固有周期は適当でよく、生物の概日時計システムはコストをかけてまで精度を上げることはしていないと解釈できる。さらに、明暗周期を 12 時間まで短くすると、細胞概日時計の同調様式が複雑化し、個々の細胞が異なる同調（あるいは非同調）様式を示すことがわかった（図３）。これらの同調様式の異質性が同じ植物個体上の細胞で見られることから、少なくとも同調していない状況においては、個々の細胞が自律的に光応答していると考えられる。植物細胞において明暗周期への同調機構はある程度理解されているが 4、T 実験の結果も取り入れることで、より本質的な議論が可能になると期待できる。

うな解釈が可能なのは、概日時計の周期と環境変動周期が似ている時に限られるようだ。筆者の研究グルー
プによって行われた、細胞概日時計の同調性に注目した T 実験[外部環境周期（T）を 24 時間とは異なる周期長に設定した時の、生物の反応性の違いを解析する実験手法]では、24 時間より短い明暗周期に対して、細胞概日時計の周期の違いが同調性の差異をうみだせることを見出した 26。T=20 時間まではどの細胞概日時計も明暗周期に同調できるが、T=16 時間になる

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４．おわりに
本稿では、植物の細胞概日リズムの周期や明暗同調性など基本的な性質について、ウキクサ植物の結果を例として見てきた。ウキクサ以外の植物で細胞概日リズムの詳細な解析は行われておらず、その性質が植物一般にみられるかどうかは不明である。ただし、概日時計の周期がバラツク範囲については一般性がみられるかもしれない。世界各地から集められたシロイヌ

20

Physiol. 47, 601–612 (2006).

ナズナの株について、連続明条件下における葉の就眠運動の周期が株間で比較された結果、22〜28 時間の6.

Serikawa, M., Miwa, K., Kondo, T. & Oyama,

範囲でバラツクことが明らかとなった 27。この範囲は

T. Functional conservation of clock-related

ウキクサの細胞概日時計の周期のバラツク範囲とほgenes in flowering plants: overexpression andぼ同じである。シロイヌナズナの株の周期と株が採取

RNA interference analyses of the circadian

された場所の緯度との間には弱い相関（高緯度由来のrhythm in the monocotyledon Lemna gibba.

株は周期が長くなる）が認められたが、株間のバラツ

Plant Physiol. 146, 1952-1963 (2008).

キの程度は緯度の影響よりはるかに大きかった 27。植7.

Yakir, E., Hassidim, M., Melamed-Book, N.,

物においては細胞、組織、種の違いは細胞概日時計のHilman, D., Kron, I. & Green, R. M. Cell

周期の違いの制約とはなっておらず、昼夜環境への同autonomous and cell-type specific circadian

調性のみがその制約となっているのかもしれない。植rhythms in Arabidopsis.

物は光合成をする独立栄養生物であり、細胞レベルで(2011).

見ても動物と比較して独立性が強い傾向がある。また、

8.

Plant J. 68, 520-531

Hillman, W. S. Endogenous circadian rhythms

植物の成長は光や水利用など日周変動する環境に強and the response of Lemna perpusilla to

く依存し、基本的な代謝経路が日周環境変動の影響を

skeleton photoperiods. Am. Nat. 98, 323-328

直接的に受ける。そのことと対応するように、植物に(1964).

おいては環境応答機構と概日時計システムの結びつ

9.

Muranaka,T.

&Oyama,T.

Monitoring

きが強い 28。その結びつきの強さが植物の細胞概日時

circadian rhythms of individual cells in plants.

計の不安定性と関係あるかもしれない。例えば、植物

J. Plant Res. 131, 15-21 (2018).の光応答経路は時計発振機構とは不可分であるため、

10. Muranaka, T., Kubota, S. & Oyama, T. A

時計発振が頑健過ぎると光応答反応が効率よく行え

single-cell bioluminescence imaging system forない可能性が考えられる。環境応答と概日時計の挙動

monitoring cellular gene expression in a plantを細胞レベルで同時に観測することで、それぞれのシ

body. Plant Cell Physiol. 54, 2085-2903 (2013).

ステムの安定性まで含めた時間制御システムの理論

11. Muranaka, T. & Oyama, T. Heterogeneity ofが構築できると期待される。そのような理論を通して、

cellular circadian clocks in intact plants and its

周期、位相、振幅など時計発振の基本的性質について、

correction under light-dark cycles. Sci. Adv. 2,

それらの最適値、限界値、バラツキ、安全マージンな

e1600500 (2016).

どを実証的に議論できるようになるだろう。

12. Muranaka, T., Okada, M., Yomo, J., Kubota, S.
& Oyama, T. Characterisation of circadianrhythms of various duckweeds. Plant Biol. 17,66-74 (2014).

参考文献
1.
2.

Sweeney, B. M. Rhythmic Phenomena inPlants. (Academic Press, 1987).

clock gene TOC1, an autoregulatory response

Noordally, Z. B. & Millar, A. J. Clocks in Algae.

regulator homolog. Science 289, 768-771 (2000).

Biochemistry 54, 171-183 (2015).
3.

4.

14. Nakajima, M. et al. Reconstitution of circadian

Linde, A. M. et al. Early evolution of the land

oscillation

plant circadian clock. New Phytol. 17, 569-590

phosphorylation in vitro. Science 308, 414-415(2017).

(2005).

ofcyanobacterial

KaiC

Harmer, S. L. The circadian system in higher

15. Mihalcescu, I., Hsing, W. & Leibler, S. Resilient

plants. Annu. Rev. Plant Biol. 60, 357-377

circadian oscillator revealed in individual
cyanobacteria. Nature 430, 81-85 (2004).

(2009).
5.

13. Strayer, C. et al. Cloning of the Arabidopsis

Miwa, K., Serikawa, M., Suzuki, S., Kondo, T.

16. Herzog, E. D., Aton, S. J., Numano, R., Sakaki,& Oyama, T. Conserved expression profiles ofY. & Tei, H. Temporal precision in thecircadian clock-related genes in two Lemna

mammalian circadian system: a reliable clockspecies

from less reliable neurons. J. Biol. Rhythms 19,

showinglong-dayandshort-day

photoperiodic flowering responses. Plant Cell

時間生物学

Vol. 24, No. 1 (2018)35-46 (2004).

21

17. Welsh, D. K., Takahashi, J. S. & Kay, S. A.

23. Fukuda, H., Ukai, K. & Oyama, T. Self-

Suprachiasmatic nucleus: Cell autonomy andarrangement of cellular circadian rhythms

network properties. Annu. Rev. Physiol. 72,

through phase-resetting in plant roots. Phys.

551-577 (2010).

Rev. E 86, 41917 (2012).

18. Leise, T. L., Wang, C. W., Gitis, P. J. & Welsh,

24. Endo, M., et al. Tissue-specific clocks in

D. K. Persistent cell-autonomous circadianArabidopsis show asymmetric coupling.

oscillations in fibroblasts revealed by six-week

Nature 515, 419-422 (2014).

single-cell

imagingofPER2::LUCbioluminescence. PLOS ONE 7, e33334 (2012).
19. E. ビュニング著／古谷雅樹・古谷妙子訳. 生理D.,

Halloy,J.

&P. A hierarchical multi-oscillator networkorchestrates the Arabidopsis circadiansystem. Cell 163, 148-159 (2015).

時計. (学会出版センター, 1977).
20. Gonze,

25. Takahashi, N., Hirata, Y., Aihara, K. & Más,Goldbeter,A.

26. Okada, M., Muranaka, T., Ito, S. & Oyama, T.

Robustness of circadian rhythms with respect

Synchrony of plant cellular circadian clocks

to molecular noise. Proc. Natl. Acad. Sci. USAwith99, 673-678 (2002).

light/dark. Sci. Rep. 7, 317 (2017).

21. Yamaguchi, S., et al. Synchronization ofheterogeneousproperties

under

27. Michael, T. P., et al. Enhanced fitness conferredcellular clocks in the suprachiasmatic nucleus.

byScience 302, 1408-1412 (2003).

circadian clock. Science 302, 1049-1053 (2003).

22. Fukuda, H., Nakamichi, N., Hisatsune, M.,

naturallyoccurring

variation

inthe28. Greenham, K. & McClung, C. R. Integrating

Murase, H. & Mizuno, T. Synchronization of

circadian

dynamics

withphysiologicalplant circadian oscillators with a phase delay

processes in plants. Nat. Rev. Genet. 16, 598–

effect of the vein network. Phys. Rev. Lett. 99,

610 (2015).

98102 (2007).

時間生物学

Vol. 24, No. 1 (2018)22