| Project/Area Number |
22K14803
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Basic Section 38010:Plant nutrition and soil science-related
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
反田 直之 東京大学, 大学院農学生命科学研究科(農学部), 助教 (10816292)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000)
Fiscal Year 2024: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
Fiscal Year 2022: ¥2,210,000 (Direct Cost: ¥1,700,000、Indirect Cost: ¥510,000)
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| Keywords | 植物 / ホウ素 / 生物間相互作用 / 食害 / ハクサイ / 植物栄養学 / 防御応答 / 画像解析 |
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| Outline of Research at the Start |
植物の栄養のひとつであるホウ素(ホウ酸)は、高濃度において細胞毒性を示す。申請者は植物のホウ素輸送の研究をきっかけに、高ホウ素環境で栽培されたシロイヌナズナが、通常条件で栽培された場合に比べて、昆虫(モンシロチョウ幼虫)による食害を受けにくいことを見出した。本研究ではモデル植物で得られた、ホウ素の毒としての機能を植物が積極的に利用している可能性を、複数の作物を対象として検証することで、学術的観点からホウ素の生物における新たな役割を検証するとともに、食害抵抗性作物の育種においてホウ素の輸送と蓄積という新たな視点の提案を目的とする。
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| Outline of Annual Research Achievements |
昨年度までに高濃度のホウ酸のハクサイへの短期間施用がハスモンヨトウによる食害を抑制することを明らかにした。今年度は同様のホウ素施用条件が、ハクサイの生育に影響を与えるかどうかを検証した。通常のホウ素条件で発芽させたハクサイの幼植物に対して、30 μM~ 1 mMのホウ酸を投与し、20日後の地上部新鮮重の測定を行った。その結果、ホウ素の施用によるハクサイの生育に有意な差は見られなかった。すなわち、ハスモンヨトウによる食害を抑制する濃度域のホウ素施用は、必ずしもハクサイの生育を阻害しないことが示された。このことから、ホウ素施用の適切な濃度管理によって、植物の生育を阻害せずに、草食昆虫による食害に対する抵抗性を上昇させることが出来る可能性が示された。
また、草食昆虫による食害に対する植物の抵抗性を定量的に評価するために、葉上の食痕の経時観察し、定量的に解析する自動化システムを開発した。開発した解析システムでは、透明なプラスチックのケージ上に草食昆虫を載せた植物の葉を設置し、コンピュータ制御されたスキャナによって底面より連続的に葉を撮影する。取得した経時画像データに対して画像解析を行うことで葉と食痕を検出し、葉面積の経時変化を計算する。画像解析パイプラインによって葉面積の減少から昆虫による摂食イベントを検出し、各摂食で消費した葉面積、摂食時間、摂食速度と摂食間のインターバルや食害の時空間的パターンといった摂食行動のパラメータが自動的に算出される。本システムの開発によって、これまで多大な労力を必要とした、植物の葉における昆虫の摂食行動パラメータの取得の自動化が可能になった。これは本研究におけるホウ素による食害抵抗性の付与メカニズムの解析だけでなく、植物の天敵に対する防御メカニズムの研究において広く定量解析を可能にするものである。開発した自動定量システムは論文として発表した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
当初の計画通りの植物の栽培、昆虫を用いた摂食実験に加え、本研究をさらに進展させる植物の食害に対する抵抗性の解析手法を開発し発表した。
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| Strategy for Future Research Activity |
これまでの観察結果を基に、他の植物種においてホウ素施用が昆虫による食害抵抗性に与える影響の評価を行うとともに、遺伝学的手法によってホウ素を介した食害抵抗性の仕組みの理解を行う。
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