植物分子生物学と水理学の融合による河川流計測のための植物型センサロイドの開発
| Project/Area Number |
20K21027
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Medium-sized Section 22:Civil engineering and related fields
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| Research Institution | Hokkai-Gakuen University (2022-2023)
Ishikawa National College of Technology (2020-2021) |
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Principal Investigator |
鈴木 洋之 北海学園大学, 工学部, 教授 (70342491)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
鈴木 伸洋 上智大学, 理工学部, 准教授 (50735925)
志垣 俊介 国立情報学研究所, 情報学プリンシプル研究系, 助教 (50825289)
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| Project Period (FY) |
2020-07-30 – 2024-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥6,370,000 (Direct Cost: ¥4,900,000、Indirect Cost: ¥1,470,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
Fiscal Year 2020: ¥4,810,000 (Direct Cost: ¥3,700,000、Indirect Cost: ¥1,110,000)
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| Keywords | 洪水ストレス / 冠水ストレス / 洪水ピーク流量 / AI / 潜在空間表現 / 病害応答 / サリチル酸 / ジャスモン酸 / 活性酸素 / 植物型センサロイド / 洪水 / 植物ストレス / 河川流 / 植物ストレス応答 / 制御理論 |
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| Outline of Research at the Start |
植物は外力刺激に応じて生物学的に様々なストレス応答を示す．本研究では流水刺激を受けて河道内の植物に生じたストレス応答から，この植物が受けた洪水の水理情報を抽出するという前例のない生物学的原理に基づく計測技術（植物型センサロイド）を確立する．本研究では設定した洪水流による刺激を植物サンプルに与える負荷実験を行うと共に，流れのもつ各水理量を計測・推定する．このように負荷を与えた植物サンプルに生じる応答を生育的・生理学的・分子生物学的に解析して，洪水流が起こしたストレス応答を捉える．さらに，これら生物学的諸量を出力とし，各種水理量を入力とした植物システムを制御理論でモデル化する．
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は河道内植生に生じたストレス応答，すなわち生育および生理学・分子生物学的な情報から、その植生が受けた洪水の水理情報を推定する技術の確立を目指す．ここでは多様な流れによる洪水ストレスおよび静水中への沈水による冠水ストレスを与えたシロイヌナズナを対象とした解析を行うことで植物の持つ生育・分子生物学的情報と流れの水理情報の関係を明らかにすることを試みた．
本研究では流量と負荷時間をそれぞれパラメータにする負荷実験を行った．この実験では河床と水面の付近で流速と水深をサンプルの上下流断面で計測した．負荷時間，速度勾配，水面勾配の違いによる葉径や茎長の成長の差異は負荷流量の違いによる差異に比べて小さくなった．すなわち，平均流で決まる抗力が詳細な流れの構造や負荷時間よりも生育に与える影響は大きいことから，植物は詳細な流れ構造でなく平均流に応答する可能性が示唆された．また，得られた生育データに対してAI的アプローチにより潜在空間表現をし，未知の生育データに対するおおよその平均流が推定できることが示唆された．このことから，植物の生育・分子生物学的情報が洪水の平均流としての水理量やピーク流量などを推定できるセンサーとして機能する可能性を示した
また，最大流量条件による洪水ストレスを与えたサンプルに対して RNA-Seqによるトランスクリプトーム解析とqRT-PCR解析を行った．洪水ストレスに対して発現する遺伝子群には，病害応答並びにサリチル酸およびジャスモン酸シグナルの制御に関与する遺伝子が多く見られた．すなわち，植物が病害応答機構を介して洪水ストレスに対し応答することが示された．これらの応答は冠水ストレスでは活性化されないものの，洪水ストレス条件下で特異的に活性化されるメカニズムである可能が示された。
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Report
(4 results)
Research Products
(1 results)
