数理モデルを用いたイネ草姿形成機構の解明と遺伝情報に基づく表現型予測への応用

利用数学模型阐明水稻株形形成机制及其在基于遗传信息的表型预测中的应用

• 批准号: 22KJ0106
• 负责人: 徳山 芳樹
• 金额: $ 1.6万
• 依托单位: Hokkaido University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2023
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2023-03-08 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-22KJ0106/
• 关键词: イネ; 野生イネ; 重力屈性; ライブイメージング; 栽培化; フォトグラメトリ; 分げつ角度; 数理モデル

研究の目的は、特に重力に応答して起き上がる動き（重力屈性）と、逆に倒れようとする動き（反重力屈性オフセット）に着目し、どのようにイネ野生種の放射状草姿が決定されるのかを明らかにすることである。成果の1つ目は、クリノスタット装置による擬似無重力環境での、野生種の2ヶ月間に渡る育成に成功したことが挙げられる。擬似無重力環境と通常環境での形態の違いの解析によって、擬似無重力下では、通常環境で見られる野生種の主稈の傾きが見られない（つまり、反重力屈性オフセットも重力への応答である）ことがわかった。そこで、主稈を傾かせる遺伝子の特定を目指して、これら2環境での遺伝子発現の違いを解析中である。また、野生種と栽培種の遺伝子を部分的に交換した実験系統を用いて、既知の遺伝子の効果も調べた。その結果、分げつを傾かせるPROG1遺伝子の効果は主稈でも大きいが、一方で他の原因遺伝子が存在することもわかった。さらに、野生種で重力屈性が働かない系統を、戻し交雑とゲノム編集の2通りで作出中である。2つ目は、複数の写真を元に植物の三次元画像を作成し、形態的な特徴を計測する技術の確立である。これにより二次元的な計測では捉えられない稈の回転運動が測定でき、数理モデリングと組み合わせて、回転運動への重力屈性の影響を明らかにできた。この成果は、本年度の学会での口頭発表を行い、英語論文を令和5年度に投稿予定である。3つ目は、茎頂組織のタイムラプス撮影に成功したことである。筒状の葉に幾重にも囲まれたこの組織は継時的な観察が難しいと思われていたが、組織解剖と撮影の工夫によって実現できた。これにより、葉の成長のしかたを、四次元画像解析ソフトMorphoGraphXを用いて直接的に計測できるようになった。これは、葉の成長の非対称性を解析することで、植物草姿の軸決定（向きの決定）の機構を明らかにするための実験である。

The purpose of this study is to determine the radial posture of wild species in response to gravity and reverse gravity. The results of the experiment were as follows: 1. The experiment was conducted in a quasi-gravity-free environment, and 2. The experiment was conducted successfully in the wild. The main culm of the wild species can be seen in the pseudo-gravity environment and the normal environment. In the analysis of the specific purpose of the gene, the environment and the occurrence of the gene The results of the exchange between wild and cultivated species and their genetic components are discussed in detail. The results and differences between PROG1 and PROG1 can be seen from the main body, and the results of PROG1 and PROG1 can be seen from the main body, and the results of PROG1 and PROG1 can be seen from the side. In addition, the wild species is gravitationally flexible, and the system is composed of 2 channels. 2. The establishment of techniques for the measurement of the characteristics of plants in three dimensions This is a two-dimensional measurement of the effects of gravity on the rotational motion of the rotor, the mathematical integration of the rotor and the rotational motion. The results of this year's oral presentation, English paper order and 5 year's contribution are scheduled. 3. The tissue of the top of the stem was successfully extracted. The tube shape leaves several layers, the tissue is difficult to observe, the tissue anatomy is difficult to observe. The four dimensional image analysis software MorphoGraphX is used to measure the growth of leaves. The mechanism for determining the axis of plant grass is discussed in detail.

项目成果

ワークショップ「若手研究者による農学的興味の広げ合い第2回~育種における植物フェノタイピング技術の応用~」内の講演「栽培イネ・野生イネを立体的に考える：時系列表現型解析からモデリングまで」

在“第二届青年研究者农业兴趣拓展～植物表型技术在育种中的应用～”研讨会上发表“立体思考栽培稻和野生稻：从时间序列表型分析到建模”的讲座

• 发表时间: 2023
• 作者: 徳山 芳樹;岡田 萌子;黒木 健;古村 翔也;佐藤 萌子;梨木 聡人;増田 佳苗;松尾 宏樹;山森 晃一;Ji Xiaoton
• 通讯作者: Ji Xiaoton

フォトグラメトリを利用した野生イネ草姿の三次元解析

利用摄影测量技术对野生稻草外观进行三维分析

• 发表时间: 2023
• 作者: 徳山 芳樹;串田 栞理;曵地 究;貴島 祐治;小出 陽平
• 通讯作者: 小出 陽平

Discovery of new interests by young scientists ~application of phenotyping techniques for plant breeding~

年轻科学家发现新兴趣～表型技术在植物育种中的应用～

• DOI: 10.1270/jsbbr.25.w07
• 发表时间: 2023
• 期刊: Breeding Research
• 作者: 徳山 芳樹;岡田 萌子;黒木 健;古村 翔也;佐藤 萌子;梨木 聡人;増田 佳苗;松尾 宏樹;山森 晃一;Ji Xiaoton
• 通讯作者: Ji Xiaoton