植物の光合成と蒸散を記述する標準モデルの30年来の数学的問題を解決 — 生物学的・物理的に意味のある解は常に一つであることを証明 —

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2026-07-24 国立環境研究所

長期間の低温が植物の再生能力を高める仕組みについて、理化学研究所の研究グループが解明した。シロイヌナズナを用いた実験で、6週間以上の低温処理によりカルス形成、茎葉再生、発根が顕著に促進されることを確認した。解析の結果、低温応答性転写因子CBFがヒストンアセチル化酵素HAG1と複合体を形成し、再生関連遺伝子WOX5などの発現を活性化することが判明した。この作用はヒストンアセチル化を介したエピジェネティック制御によるもので、DNA配列を変えることなく再生能力を向上させる。さらに、この経路は開花を促進する春化とは独立した低温応答機構であることも示された。園芸分野で経験的に知られていた冬季の挿し木や接ぎ木の成功率向上の分子基盤を初めて説明する成果であり、組織培養や遺伝子導入後の個体再生、育種技術の高度化など植物バイオテクノロジーへの応用が期待される。


図1 標準モデルの1変数幾何学的表現

<関連情報>

C3植物の葉の光合成-蒸散-気孔コンダクタンスモデルにおける解の存在と一意性 The Existence and Uniqueness of Solutions in the Leaf Photosynthesis-Transpiration-Stomatal Conductance Model for C3 Plants

Yuji Masutomi, Kazuhiko Kobayashi
Global Change Biology  Published: 24 July 2026
DOI:https://doi.org/10.1111/gcb.70974

ABSTRACT

The leaf photosynthesis–transpiration–stomatal conductance model, which consistently describes leaf photosynthesis, transpiration, and stomatal conductance, has been widely used as a standard for quantifying these processes in terrestrial plants. However, since its proposal more than 30 years ago, the model has faced a fundamental mathematical problem: Does a solution always exist? And even if a solution is obtained, can it be guaranteed to be the correct one among potentially multiple mathematical solutions—that is, the one actually realized in nature? Here, we resolve this problem by mathematically proving that the model always yields a unique solution satisfying biologically and physically meaningful criteria. This result establishes a rigorous mathematical theorem on the existence and uniqueness of solutions in the model, thereby ruling out concerns about the non-existence of solutions and ensuring that past and future estimates satisfying the criteria are correct. These findings provide a robust theoretical foundation for the model and have far-reaching implications for a broad range of fields, spanning plant and ecosystem research to climate and Earth system studies.

細胞遺伝子工学
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