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• 植物个体内の?や光合成产物の输送に重要な役割を果たす叶脉の「かたち」の多様性と规则性を明らかにすることは植物科学の重要课题の?つ。
• 叶脉を输送ネットワークとして定量化するための?法を新たに开発。これにより叶脉の多様性と规则性をデータに基づき特定。
• 今后の网状のネットワーク构造を対象とした多様な分野での解析基盘となることが期待。

　植物の叶脉は水や光合成产物の输送に関わるネットワーク状の构造です。この叶脉の「かたち」は、透水性や蒸散効率、食害などの损伤に対する耐性（ロバスト性）など様々な机能的な要请により规则的でありながらも多様なパターンを示します。しかし、これまでの研究では、长さ、直径、分岐角度などの単纯な计测値に基づく评価がほとんどでした。そのため叶脉を输送ネットワークとして捉え定量的に评価するためのフェノタイピング（表现型计测）（※1）手法が求められています。
　本研究では、画像解析と深层学习、形态测定を组み合わせることで阶层的で复雑な叶脉の「かたち」を特徴づける简便かつ高効率なフェノタイピング手法を开発し（参考図）、叶脉の「かたち」の多様性と规则性を定量的なデータ解析により発见しました。
　九州大学大学院システム生命科学府?貫制博士課程2年の岩政公平氏、理学研究院の野下浩司助教らの研究グループは、5種479枚の葉標本と国?科学博物馆葉脈標本データベースに含まれる5属328 枚の染色標本を対象に、開発したフェノタイピング手法を用いた定量的な評価により、葉脈の「かたち」のデータが1次元的な分布を示し、その分布に沿ってツリー状からループ状へと遷移するという多様性と規則性を特定することに成功しました。また、この分布パターンは先?研究で理論的に予測された輸送効率、形成効率、損傷に対するロバスト性のいずれかを改善しようと葉脈の「かたち」を変化させると、それ以外のいずれかもしくは両方が低下するパレート最適（※2）に対応する可能性が高いことを見出しました。
　本研究のアプローチは、発生生物学や医疗画像解析はもちろん、バイオミメティクス、ジェネラティブデザイン、マイクロ流体工学など、ユビキタスな网状のネットワーク构造を対象とした様々な分野で同様の解析のための基盘となることが期待されます。例えば、特定の人工物に求められる机能要请からトレードオフに基づいて最适なデザインが提案できるなどが考えられます。
　本研究成果は米国の雑誌「PLOS Computational Biology」に2023年7月21日(金)午前4時（日本時間）に掲載されました。

ネットワークや分岐构造は植物に限らずユビキタスに観察されます。今回の研究では、叶脉のネットワーク构造深层学习や画像解析を活用した「かたち」の数理解析により、その多様性と规则性を见出しました。この成果をもとに、双子叶植物全般や全球的なパターン、叶脉以外のネットワーク构造への展开を目指します。（野下浩司助教）

(※1) フェノタイピング
生物の表现型（フェノタイプ）を定性的?定量的に计测?评価するための方法论や技术のこと。本研究では、叶脉全体のネットワーク构造を数値データへ変换するプロセスを指す。
(※2) パレート最適
复数の目的関数にトレードオフがあり、ある目的関数を改善すると他の目的関数が悪化してしまう状态の集合のこと。ここでは输送効率、形成効率、损伤に対するロバスト性のいずれかを改善しようと叶脉の「かたち」を変化させると、それ以外のいずれかもしくは両方が低下する叶脉の「かたち」の集合に相当する。
(※3) 無向グラフ
ノード（顶点）の集合とそれらの间の関係性を示すエッヂ（辺）の集合からなるグラフのうち、エッヂに向きの无いもの。
(※4) オミクスデータ
ここではゲノミクスやトランスクリプトミクス、プロテオミクスなどの网罗的な生命情报に基づく研究で得られるデータのこと。

掲載誌：PLOS Computational Biology
タイトル：
著者名：Kohei Iwamasa, Koji Noshita
DOI： 10.1371/journal.pcbi.1010581

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