作物圃場形質の次世代マッピングスキームの開発

下一代作物田间性状制图方案的开发

• 批准号: 19K22305
• 负责人: 林田 信明
• 金额: $ 4.16万
• 依托单位: Shinshu University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
• 财政年份: 2019
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2019-06-28 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-19K22305/
• 关键词: 形態制御遺伝子座; ドローン; マッピング; ハクサイ; 分離集団; 圃場; 3D画像; レタス; UAV; ゲノム解析; ディープラーニング

本研究は、ゲノム解析にドローン技術と深層学習(AI)を導入し、作物の圃場形質を支配する遺伝子の探索法に革新的な技術体系を提案し、実証することを目的としている。2019年度には実験を実施するための環境整備を、2020年にはドローンによる画像情報取得の条件を検討した。2021年にはレタスの交雑後代の圃場を撮影し、成長速度に関する遺伝解析を行なった。2022年にはハクサイについても成長速度に関する遺伝解析を実施した。作物の形状は、食感や成長速度、耐病性等に関わる重要な形質である。しかし、それを支配する遺伝子についてはほとんど明らかにされておらず、多くの作物の品種改良は表現型を指標に育種家の努力と経験によって進められているのが現状である。着目する形質とその原因遺伝子座の関係を明らかにする作業は時間と手間がかかり、分子生物学や遺伝学の視点だけでは限界が見えていたため、全く異なる視点からのアプローチが必要であった。そのため、本研究では材料のハクサイ分離集団を作成し、圃場でドローンによる自動撮影を行い、その画像に紐付けした遺伝子情報（ゲノムデータ）と共にAIに学習させることを試みる。初年度の2019年には、研究費の交付によって必要な機材の調達と準備を行った。また、用意したハクサイ分離集団に対して目視による評価を行い、本研究の材料として適切であることを確認した。2020年にはドローンによる撮影を実施し、対象とした個体ごとの3D画像を経時的に作成し、最低限の準備が整った。しかし、コロナ禍の影響でこれらの条件の改善に十分な時間がかけられず、他大学の助言者の協力を得ることもままならなかった。2021年度には、長野県野菜花き試験場のご好意でレタス圃場の撮影を実施し、遺伝解析も行った。ハクサイについてはAI による植物体の認識が難航し、2022年はその問題の解決に多くの時間を費やした。

这项研究旨在将无人机技术和深度学习（AI）引入基因组分析，并提出和展示一种创新的技术系统，以搜索控制农作物中现场特征的基因。 2019年，我们讨论了2020年使用无人机获得图像信息的条件。2021年，我们拍摄了生菜杂交领域，并对生长速率进行了遗传分析。在2022年，关于中国卷心菜以及关于生长速率的遗传分析。作物的形状是与质地，生长速率，抗病性等相关的重要特征。但是，几乎没有透露有关该基因的基因，目前的情况是，通过使用表型作为指标的繁殖者的努力和经验，正在进行许多农作物的繁殖。澄清集中在特征与其病变基因座之间的关系的任务是耗时和费力的，并且仅从分子生物学和遗传学的角度来看，局限性就可以看到，因此必须从完全不同的角度看待一种方法。因此，在这项研究中，我们将创建一组与材料分开的中国白菜，自动由无人机在现场拍摄，并尝试训练AI以及与图像相关的遗传信息（基因组数据）。在2019年的第一年，公司通过提供研究资金采购并准备了必要的设备。此外，对制备的中国卷心菜分离人群进行了视觉评估，以确认它是本研究的材料。在2020年，使用无人机拍摄了这部电影，并且随着时间的推移创建了每个目标个体的3D图像，从而最少制备。但是，由于Covid-19大流行的影响，无法花费足够的时间来改善这些条件，也无法从其他大学获得顾问的合作。在2021年，我们通过长野县蔬菜和开花实验站进行了一张生菜场的照片，并进行了遗传分析。对于植物体而言，AI对中国白菜的认可一直很困难，在2022年，它花费了很多时间解决问题。

项目成果

ハクサイの農業的形質を支配するQTLの探索

大白菜农艺性状QTL的寻找

• 发表时间: 2019
• 作者: 善 瑞穂;工藤 雄大;長 由扶子;此木 敬一;山下 まり;伊藤菜月，森本有稀，川出治，伊藤隆，福根達希，森鴻太郎，吉田哲，小豆畑二美夫，茅野誠司，松村英夫，新倉聡，林田信明
• 通讯作者: 伊藤菜月，森本有稀，川出治，伊藤隆，福根達希，森鴻太郎，吉田哲，小豆畑二美夫，茅野誠司，松村英夫，新倉聡，林田信明

ハクサイのカッピング抵抗性の QTL 解析

大白菜抗拔罐性QTL分析

• 发表时间: 2020
• 作者: 坂口徳子;川出治;中澤南海;伊藤菜月;天池美波;伊藤隆;小豆畑二美夫;茅野誠司;松村英夫;新倉聡;林田信明
• 通讯作者: 林田信明

ドローンを用いた結球性レタスのロゼットサイズの QTL 解析

无人机对醉人生菜莲座大小的QTL分析

• 发表时间: 2022
• 作者: Seki;K.;Shimizu;Y.;Hayashi;M.;Sassa;H.;Kikuchi;S.;Taguchi;A.;Chino;F.;Soga;E.;Serizawa;H. and Koba;T.;高森 陽斗，関 功介，小林 義明，岡田 眞銀，小松 憲治，田中 啓介，宇野 雄一，渡邉 修，西内 俊策，松村 英生，林田 信明
• 通讯作者: 高森 陽斗，関 功介，小林 義明，岡田 眞銀，小松 憲治，田中 啓介，宇野 雄一，渡邉 修，西内 俊策，松村 英生，林田 信明

Resistant loci of physical disorder cupping in Chinese Cabbage

大白菜拔罐病抗性位点

• 发表时间: 2021
• 作者: Haruto Takamori;Osamu Kawaide;Tokuko Sakaguchi;Minami Nakazawa;Natsuki Ito;Ayuka Furukubo;Minami Amaike;Takashi Ito;Fumio Azuhata;Mashiro Okada;Seiji Chino;Hideo Matsumura;Satoshi Niikura;Nobuaki Hayashida
• 通讯作者: Nobuaki Hayashida