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栄養状態を反映する発現バイオマーカーの体系的作出と利用

Research Project

Project/Area Number 16H06171
Research Category

Grant-in-Aid for Young Scientists (A)

Allocation TypeSingle-year Grants
Research Field Plant molecular biology/Plant physiology
Research InstitutionRyukoku University

Principal Investigator

永野 惇  龍谷大学, 農学部, 講師 (00619877)

Project Period (FY) 2016-04-01 – 2019-03-31
Project Status Granted (Fiscal Year 2018)
Budget Amount *help
¥24,180,000 (Direct Cost: ¥18,600,000、Indirect Cost: ¥5,580,000)
Fiscal Year 2018: ¥7,020,000 (Direct Cost: ¥5,400,000、Indirect Cost: ¥1,620,000)
Fiscal Year 2017: ¥7,020,000 (Direct Cost: ¥5,400,000、Indirect Cost: ¥1,620,000)
Fiscal Year 2016: ¥10,140,000 (Direct Cost: ¥7,800,000、Indirect Cost: ¥2,340,000)
Keywordsトランスクリプトーム / RNA-Seq / バイオマーカー / 栄養 / リン / 発現マーカー / 統計モデリング / 環境応答 / 数理工学
Outline of Annual Research Achievements

窒素やリンなどの主要な栄養成分やその他の必須元素の欠乏・過多は植物の生育に重大な影響を及ぼす。そのため植物体中のこれらの成分量、さらには吸収経路や転流による植物体内での動態を知ることは様々な局面で重要となる。本研究では、これらの成分量、吸収経路、植物体内動態などを推定することを可能とする遺伝子発現量をもとにしたマーカー(以下、発現マーカー)の開発を行う。前年度までに、申請者のグループが有するユニークな技術(スマートインキュベータ、低コスト多検体RNA-Seq、統計モデリング・機械学習)を駆使しつつ、イネ、ネギ、タバコを材料として、約2000サンプルのRNA-seqデータの取得と、それらのデータを用いた解析によってリン量などに対する発現マーカーの作出を行った。また、これらの解析の過程で、発現マーカー作出のための新規データ解析手法を開発した。今年度は、様々な時刻、気温、光条件下で、リン条件を変えて栽培したサンプルを追加で取得し、数百サンプルについてRNA-Seqによるトランスクリプトームデータの取得を行った。特に、リン条件に関しては、北大・江澤グループと共同で、単純に施用量を変えるのではなく、根からの直接吸収量と菌根菌を経由した吸収量のそれぞれを制御して栽培を行ったサンプルを得た。これらのサンプルのトランスクリプトームデータから、吸収経路特異的にリンの吸収量を推定する発現マーカーのプロトタイプを得ることが出来た。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

1: Research has progressed more than it was originally planned.

Reason

単純にリン量を推定可能な発現マーカーの作出に成功しただけでなく、吸収経路特異的なリン量を推定することが可能となりつつあるため、当初の計画以上に進展していると考えられる。

Strategy for Future Research Activity

昨年度までにえられたイネ、ネギ、タバコのトランスクリプトームデータの解析を行うことで、汎用発現マーカーの作出と評価を行う。特に、リンに関するマーカーに注力して研究を進める。リンマーカーに関してはその吸収経路を区別して評価可能なことを示唆するデータをすでに得ている。そこで、今年度は吸収経路を区別した評価がどの程度の精度で行えているかを評価する。また、昨年度までに開発してきた、予測性能だけでなく結果の解釈性を高めた発現マーカー計算手法を活用することで、吸収経路特異的リンマーカーの計算に含まれた遺伝子のリストから、各吸収経路に関与する遺伝子の候補を提示し、可能であれば機能解析を行う。リン以外の栄養に関しては、単純な蓄積量のマーカーを超えるような、直接測定に大きな労力を要する対象のマーカーに特に注力して開発を継続する。例えば各種、栄養元素の転流の速度を測定することには、タイムコースでの実験や、トレーサーを用いた実験が必要であり、多大な労力を要する。そこで、これらの転流速度を推定するような発現マーカーを作出することで、大きな労力をかけることなく転流速度を推定することを可能とすることを目指す。

Report

(2 results)
  • 2017 Annual Research Report
  • 2016 Annual Research Report

Research Products

(15 results)

All 2018 2017 2016

All Journal Article Presentation Patent(Industrial Property Rights)

  • [Journal Article] Does genomic variation in a foundation species predict arthropod community structure in a riparian forest?2018

    • Author(s)
      Kagiya Shinnosuke、Yasugi Masaki、Kudoh Hiroshi、Nagano Atsushi J.、Utsumi Shunsuke
    • Journal Title

      Molecular Ecology

      Volume: 27(5) Pages: 1284-1295

    • DOI
      10.1111/mec.14515
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Phylogenetic relationships of Aurantioideae (Rutaceae) based on RAD-Seq2018

    • Author(s)
      Nagano Yukio、Mimura Takashi、Kotoda Nobuhiro、Matsumoto Ryoji、Nagano Atsushi J.、Honjo Mie N.、Kudoh Hiroshi、Yamamoto Masashi
    • Journal Title

      Tree Genetics & Genomes

      Volume: 14 Pages: 6-6

    • DOI
      10.1007/s11295-017-1223-z
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Phylogeographic analysis of the East Asian goldenrod (Solidago virgaurea complex, Asteraceae) reveals hidden ecological diversification with recurrent formation of ecotypes2017

    • Author(s)
      Sakaguchi Shota、Kimura Takuma、Kyan Ryuta、Maki Masayuki、Nishino Takako、Ishikawa Naoko、Nagano Atsushi J、Honjo Mie N、Yasugi Masaki、Kudoh Hiroshi、Li Pan、Choi Hyeok Jae、Chernyagina Olga A、Ito Motomi
    • Journal Title

      Annals of Botany

      Volume: 121 Pages: 489-500

    • DOI
      10.1093/aob/mcx182
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Unfolded Protein Response Transducer IRE1-mediated Signaling Independent of XBP1 mRNA Splicing Is Not Required for Growth and Development of Medaka Fish.2017

    • Author(s)
      Tokiro Ishikawa, Makoto Kashima, Atsushi J Nagano, Tomoko Ishikawa-Fujiwara, Yasuhiro Kamei, Takeshi Todo, Kazutoshi Mori
    • Journal Title

      Elife

      Volume: 6:e26845 Pages: 1-29

    • DOI
      10.7554/elife.26845
    • NAID
      120006358815
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] First report of Pelargonium zonate spot virus from wild Brassicaceae plants in Japan2017

    • Author(s)
      Kamitani M, Nagano AJ, Honjo MN, Kudoh H
    • Journal Title

      Journal of General Plant Pathology

      Volume: 83 Pages: 329-332

    • DOI
      10.1007/s10327-017-0727-6
    • NAID
      120006529726
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] Genomic dissection and prediction of transcriptome dynamics under fluctuating field conditions2018

    • Author(s)
      Atsushi J. Nagano
    • Organizer
      Plant and Animal Genome Conference XXVI
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Genomic dissection and prediction of transcriptome dynamics under fluctuating field conditions2018

    • Author(s)
      Atsushi J. Nagano
    • Organizer
      In natura workshop
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] How transcriptome reflects fluctuations in biotic and abiotic environments in the field2017

    • Author(s)
      永野惇
    • Organizer
      分子微生物科学セミナー
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] Field transcriptomics: Integration of transcriptomics and meteorology2017

    • Author(s)
      Atsushi J. Nagano
    • Organizer
      The 33rd annual meeting of the International Society of Chemical Ecology
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] トランスクリプトームによる植物内部状態の推定と栄養研究への応用の可能性2017

    • Author(s)
      永野惇
    • Organizer
      第三回植物の栄養研究会
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] 野外トランスクリプトミクスでつなぐ、ゲノム、気象、表現型2017

    • Author(s)
      永野惇
    • Organizer
      日本作物学会・第243講演会
    • Place of Presentation
      東京大学
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
  • [Presentation] 野外トランスクリプトミクスから分子生物学と農業気象の接点を探る2017

    • Author(s)
      永野惇
    • Organizer
      日本農業気象学会2017年全国大会
    • Place of Presentation
      北里大学
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
  • [Presentation] 気象とトランスクリプトームの解析からみる野外での植物の温度応答2016

    • Author(s)
      永野惇
    • Organizer
      Biothermology Workshop - 生命システムの熱科学 -
    • Place of Presentation
      岡崎カンファレンスセンター
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
  • [Presentation] 野外トランスクリプトミクスでつなぐ、ゲノム、気象、表現型2016

    • Author(s)
      永野惇
    • Organizer
      2016年植物科学シンポジウム「植物科学とイノベーション」
    • Place of Presentation
      東京大学
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
  • [Patent(Industrial Property Rights)] トピックモデルを用いた遺伝子情報推定装置2017

    • Inventor(s)
      岩山幸治, 永野惇
    • Industrial Property Rights Holder
      岩山幸治, 永野惇
    • Industrial Property Rights Type
      特許
    • Industrial Property Number
      2017-033381
    • Filing Date
      2017
    • Application Year
      2017
    • Related Report
      2017 Annual Research Report

URL: 

Published: 2016-04-21   Modified: 2018-12-17  

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