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作物の生理障害の機構解明におけるブレークスルーテクノロジーの開発と検証

Research Project

Project/Area Number 21H04721
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (A)

Allocation TypeSingle-year Grants
Section一般
Review Section Medium-sized Section 39:Agricultural and environmental biology and related fields
Research InstitutionTohoku University

Principal Investigator

金山 喜則  東北大学, 農学研究科, 教授 (10233868)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 高橋 英樹  東北大学, 農学研究科, 教授 (20197164)
加藤 一幾  東北大学, 農学研究科, 准教授 (30613517)
黒田 理人  東北大学, 未来科学技術共同研究センター, 教授 (40581294)
渡部 敏裕  北海道大学, 農学研究院, 准教授 (60360939)
須川 成利  東北大学, 未来科学技術共同研究センター, 教授 (70321974)
栗原 大輔  名古屋大学, トランスフォーマティブ生命分子研究所, 特任准教授 (90609439)
Project Period (FY) 2021-04-05 – 2026-03-31
Project Status Granted (Fiscal Year 2024)
Budget Amount *help
¥41,730,000 (Direct Cost: ¥32,100,000、Indirect Cost: ¥9,630,000)
Fiscal Year 2024: ¥7,670,000 (Direct Cost: ¥5,900,000、Indirect Cost: ¥1,770,000)
Fiscal Year 2023: ¥9,360,000 (Direct Cost: ¥7,200,000、Indirect Cost: ¥2,160,000)
Fiscal Year 2022: ¥11,440,000 (Direct Cost: ¥8,800,000、Indirect Cost: ¥2,640,000)
Fiscal Year 2021: ¥10,010,000 (Direct Cost: ¥7,700,000、Indirect Cost: ¥2,310,000)
Keywords生理障害 / 野菜 / トマト
Outline of Research at the Start

環境ストレスによって引き起こされる生理障害は、病虫害と並んで世界・日本で農業被害の双璧である。しかし原因が明確な病害虫と比べてその研究は遅れており、発生機構の全容解明は困難な状況にある。そこで本研究では、世界で最も生産されている野菜であるトマトに甚大な被害を及ぼす尻腐れ果をモデルケースとし、ブレークスルーテクノロジーとして原因イオンのレポータータンパク質によるイメージング、高感度センサ等による障害部位の早期検出や内部構造の可視化、イオンや遺伝子の網羅的解析と遺伝子発現制御によるエビデンスの獲得により尻腐れ果の発生機構を解明するとともに、生理障害の解析プラットフォームを提案する。

Outline of Annual Research Achievements

環境ストレスによって引き起こされる生理障害は、病虫害と並んで世界・日本で農業被害の双璧である。しかし原因が明確な病害虫と比べてその研究は遅れており、発生機構の全容解明は困難な状況にある。そこで本研究では、世界で最も生産されている野菜であるトマトに甚大な被害を及ぼす尻腐れ果をモデルケースとし、ブレークスルーテクノロジーとして原因イオンのレポータータンパク質によるイメージング、高感度センサ等による障害部位の早期検出や内部構造の可視化を実施して原因を特定する。さらに、イオノミクスを含むオミクスと遺伝子発現制御によるエビデンスの獲得により、尻腐れ果の発生機構を解明する。以上により、生理障害を克服する技術開発と解析プラットフォームを提案するための基盤を確立することを目的とする。当該年度においては引き続き、実験用トマト品種マイクロトムを用いた尻腐れ果発生誘導系の確立においては、障害誘導の精度と再現性を上げるための処理方法を検討し、カルシウム濃度以外の条件を整理した。また、カルシウムセンサタンパク質等のレポーター遺伝子の利用については、果実での利用法の確立を進め、試料切断等の影響の排除や、環境条件の影響や内生刺激によるレポーターシグナルの検出条件を明らかにした。高感度センサの利用においては、開発した試作品を用いて撮影条件の設定をおこない、またオミクス解析においては環境条件との関係などの解析を進めることができた。以上の計画を実施することによって、尻腐れ果発生機構の解明をすすめるとともに、各々の解析方法の有用性を検証している。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

本年度の研究実施計画のうち、生理障害、特に尻腐れ果の発生機構解明等のためのカルシウムセンサタンパク質の利用においては、解析の条件設定をおこない、実験結果の分析を実施し、結果のとりまとめを2022年度末までにおこなう予定であった。しかし、カルシウムセンサタンパク質を利用した解析の条件設定をおこなったところ、予期しないデータのばらつきにより、精度の高い解析が行えないことが判明した。研究遂行上、このようなばらつきを排除し、精度の高い解析をおこなうことが必要であることから経費を翌年度に繰り越して、カルシウムセンサタンパク質遺伝子導入トマトの解析条件を再度検討した。現在、この繰越し項目および他の項目について特段の進捗上の問題がないため、上記の進捗状況とした。

Strategy for Future Research Activity

今後は引き続き、主要野菜であるトマトにおける尻腐れ果を対象とし、ブレークスルーテクノロジーとして、原因イオンのレポータータンパク質によるイメージング、高感度センサ等による障害部位の早期検出や内部構造の可視化、イオンや遺伝子の網羅的解析と遺伝子発現制御によるエビデンスの獲得により、尻腐れ果の発生機構を解明するとともに、生理障害解析の解析プラットフォームを提案する方向で研究を推進する。実験用トマト品種マイクロトムにおいて確立された尻腐れ果発生誘導系を用い、以下の実験を組み合わせていくこととする。カルシウムセンサタンパク質であるGCaMP6の利用については、試料切断等の影響を排除した検出条件において、生理障害と関わる部位や発育ステージ別のカルシウム濃度を明らかにするための測定条件を検討する。また、高感度センサの利用においては、コンパクト化して作成した試作品を用い、トマト果実における有効な測定波長を明らかにする。その他、オミクス解析においては環境条件の影響や、最近注目されている抗酸化との関わりについて検討する。以上の計画を実施することによって、尻腐れ果発生機構の解明をすすめるとともに、各々の解析方法の有用性を検証していく。

Report

(3 results)
  • 2022 Annual Research Report
  • 2021 Comments on the Screening Results   Annual Research Report
  • Research Products

    (24 results)

All 2023 2022 2021

All Journal Article (4 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Peer Reviewed: 4 results,  Open Access: 3 results) Presentation (20 results) (of which Int'l Joint Research: 4 results,  Invited: 1 results)

  • [Journal Article] Effect of short-term temperature stress on fruit set and the expression of an auxin reporter gene and auxin synthesis genes in tomato2022

    • Author(s)
      Ito Hikaru、Kanayama Yoshinori、Shibuya Tomoki、Mohammed Seedahmed A.、Nishiyama Manabu、Kato Kazuhisa
    • Journal Title

      Scientia Horticulturae

      Volume: 300 Pages: 111039-111039

    • DOI

      10.1016/j.scienta.2022.111039

    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Effect of Light Quality on Metabolomic, Ionomic, and Transcriptomic Profiles in Tomato Fruit2022

    • Author(s)
      Xiao Lingran、Shibuya Tomoki、Watanabe Toshihiro、Kato Kazuhisa、Kanayama Yoshinori
    • Journal Title

      International Journal of Molecular Sciences

      Volume: 23 Issue: 21 Pages: 13288-13288

    • DOI

      10.3390/ijms232113288

    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] High-Resolution X-ray Phase-Contrast Imaging and Sensory and Rheometer Tests in Cooked Edamame2022

    • Author(s)
      Hidaka Masafumi、Miyashita Shuhei、Yagi Naoto、Hoshino Masato、Kogasaka Yukiya、Fujii Tomoyuki、Kanayama Yoshinori
    • Journal Title

      Foods

      Volume: 11 Issue: 5 Pages: 730-730

    • DOI

      10.3390/foods11050730

    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Ionomic differences between tomato introgression line IL8-3 and its parent cultivar M82 with different trends to the incidence of blossom-end rot2021

    • Author(s)
      Watanabe Toshihiro、Tomizaki Ryota、Watanabe Ryotaro、Maruyama Hayato、Shinano Takuro、Urayama Masaru、Kanayama Yoshinori
    • Journal Title

      Scientia Horticulturae

      Volume: 287 Pages: 110266-110266

    • DOI

      10.1016/j.scienta.2021.110266

    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] センサータンパク質遺伝子導入トマトを用いた果実内のカルシウム局在性の解析2023

    • Author(s)
      原田龍之介・栗原大輔・山田恵太朗・西山学・加 藤一幾・金山喜則
    • Organizer
      園芸学会
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      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] トマト染色体置換系統における果実光合成の尻腐れ発 症への関与の検討2023

    • Author(s)
      長谷川公紀・北岡哲・丸山隼人・金山喜則・信濃卓郎・渡部敏裕
    • Organizer
      園芸学会
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      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] トマトの尻腐れ果発生におけるL-アスコルビン酸の関与に関する研究2023

    • Author(s)
      山田恵太朗・西山学・金山喜則・加藤一幾
    • Organizer
      園芸学会
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      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] センサータンパク質を用いたトマト果実におけるカルシウムシグナリングに関する研究2022

    • Author(s)
      原田龍之介・栗原大輔・山田恵太郎・西山学・加藤一幾・金山喜則
    • Organizer
      園芸学会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report 2021 Annual Research Report
  • [Presentation] トマト‘Micro-Tom’の尻腐れ果におけるアスコルビン酸生合成に関する研究2022

    • Author(s)
      山田恵太郎・西山学・金山喜則・加藤一幾
    • Organizer
      園芸学会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report 2021 Annual Research Report
  • [Presentation] トマト‘Micro-Tom’を用いた腐食酸施用による生育促進効果と作用機序の解明2022

    • Author(s)
      伊藤弘樹・大川峻・本田一馬・飯野藤樹・金山喜則・加藤一幾
    • Organizer
      園芸学会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] Calcium imaging using GCaMP6 in tomato (Solanum lycopersicum)2022

    • Author(s)
      Ryunosuke Harada, Daisuke Kurihara, Chiaki Hori, Keitaro Yamada, Kazuhisa Kato, Yoshinori Kanayama
    • Organizer
      International Horticultural Congress
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] Multiomic analysis to investigate the effect of light quality on metabolism in tomato fruit2022

    • Author(s)
      Lingran Xiao, Tomoki Shibuya, Manabu Nishiyama, Kazuhisa Kato, Yoshinori Kanayama
    • Organizer
      International Horticultural Congress
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] Multiomic analysis to investigate the effect of light quality on the calvin cycle and element accumulation in tomato2022

    • Author(s)
      Lingran Xiao, Tomoki Shibuya, Toshihiro Watanabe, Kazuhisa Kato, Yoshinori Kanayama
    • Organizer
      Japan Solanaceae Consortium
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] パプリカの栽培および貯蔵における温度が果実品質に及ぼす影響2022

    • Author(s)
      青代香菜子・西山学・金山喜則・加藤一幾
    • Organizer
      園芸学会
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      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] 高性能イメージセンサを用いたトマトの生理障害と品質の非破壊測定2022

    • Author(s)
      青代香菜子・黒田理人・堀千秋・中山翔太・堀江駿斗・須川成利・金山喜則
    • Organizer
      園芸学会
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] 東北大学に建設される次世代放射光施設で何ができるか2021

    • Author(s)
      金山喜則
    • Organizer
      園芸学会東北支部
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] トマトモデル品種‘Micro-Tom’における尻腐れ果発生機構の解明2021

    • Author(s)
      山田恵太朗・堀 千秋・西山 学・金山喜則・加藤一幾
    • Organizer
      園芸学会東北支部
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] Examination of an evaluation method for the quality of vegetable soybean (edamame) using rheometer and X-ray phase-contrast imaging2021

    • Author(s)
      Hidaka, Masafumi; Miyashita, Shuhei; Yagi, Naoto; Kogasaka, Yukiya; Fujii, Tomoyuki; Kanayama, Yoshinori
    • Organizer
      The 2nd International Pan American Light Sources for Agriculture (PALSA 2021)
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Feasibility study on synchrotron radiation utilization in the field of agricultural and food res earch at Tohoku University2021

    • Author(s)
      M. Hidaka, Y. Kanayama, K. Hara, T. Nakano S. Miyashita, S. Tazo, A. Hio, M. Harata
    • Organizer
      The 2nd International Pan American Light Sources for Agriculture (PALSA 2021)
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Effects of blue and red light on metabolic profile in tomato fruit2021

    • Author(s)
      Xiao, L., T. Shibuya, M. Nishiyama, K. Kato and Y. Kanayama
    • Organizer
      The IX ISHS Symposium on Light in Horticulture
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      2021 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] トマト尻腐れ発症率の品種間差と果実への無機元素蓄積の関係2021

    • Author(s)
      長谷川公紀, 渡邊涼太郎, 丸山隼人, 金山喜則, 信濃卓郎, 渡部敏裕
    • Organizer
      日本土壌肥料学会
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] オミクス解析によるトマト果実の代謝に及ぼす光質の影響の究明2021

    • Author(s)
      肖凌冉・渋谷知暉・西山学・加藤一幾・金山喜則
    • Organizer
      園芸学会
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] 放射光を用いたエダマメの品質評価法の検討2021

    • Author(s)
      金山喜則・日高將文・ 宮下脩平・八木直人・小 賀坂行也・藤井智幸
    • Organizer
      園芸学会
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      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] Integrated analyses of the metabolome and transcriptome to reveal the effect of light quality on metabolism in tomato fruit2021

    • Author(s)
      Lingran Xiao, Tomoki Shibuya, Manabu Nishiyama, Kazuhisa Kato, Yoshinori Kanayama
    • Organizer
      The 17th Japan Solanaceae Consortium
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research

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Published: 2021-04-28   Modified: 2024-12-25  

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