Model-based approaches to understanding the morphological diversity of plant individuals caused by the spatial periodicity of organs and their modulation
Publicly Offered Research
| Project Area | Intrinsic periodicity of cellular systems and its modulation as the driving force behind plant development |
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| Project/Area Number |
22H04727
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Review Section |
Biological Sciences
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| Research Institution | Kyushu University |
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Principal Investigator |
野下 浩司 九州大学, 理学研究院, 助教 (10758494)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥7,540,000 (Direct Cost: ¥5,800,000、Indirect Cost: ¥1,740,000)
Fiscal Year 2023: ¥3,770,000 (Direct Cost: ¥2,900,000、Indirect Cost: ¥870,000)
Fiscal Year 2022: ¥3,770,000 (Direct Cost: ¥2,900,000、Indirect Cost: ¥870,000)
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| Keywords | 植物フェノタイピング / 形態測定学 / 数理モデル / 画像解析 / 機械学習 |
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| Outline of Research at the Start |
植物の３次元的な形態は機能や適応度に結びつく重要な形質であるため，植物体の３次元形態の定量化や機能性評価は幅広い分野において重要な課題の一つといえる．植物個体の３次元形態は複数の器官が空間的周期性をもちつつ階層的に組み合わさった複雑な形質であり，そのフェノーム（表現型の総体）を過不足なく得ることは難しい．本研究では，器官形態計測手法の開発と階層性をつなぐ数理モデルの提案を通し，植物器官の３次元空間における植物個体の「かたち」の多様性の統合的理解を目指す．
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| Outline of Annual Research Achievements |
植物器官の3次元空間における周期的出現パタンとその変調が生み出す植物個体の「かたち」の多様性の統合的理解を目指し，３次元的な器官の配置，サイズ，形状の定量化と，その統合による「かたち」の評価方法の開発に取り組んだ．
植物個体の３次元的「かたち」の例として，ダイズを対象に３次元データの蓄積を進めた．簡易的な写真測量スタジオを用いた多視点画像の取得，得られた多視点画像に対するアノテーション，アノテーションデータを利用したマスク画像生成とそのための機械学習モデルの作成をおこない，Structure from Motion（SfM）とmulti-view stereo（MVS）による点ベースの３次元再構築により点群データを取得した．これら多視点画像データ，アノテーションデータ，点群データを合わせて蓄積している．
また，複数器官からなる構造の定量化のために位相的データ解析によるアプローチの有用性を検討した．仮想的な群落構造を対象に，３次元的なモニタリングと２次元的なモニタリングの両方について，位相的な特徴量を算出し，それだけに基づいて異なる群落構造の識別が可能であるかを検証した．その結果，モニタリングシナリオに応じて，識別が容易な構造とそうでない構造が異なることがわかった．一方で，その原因がいまだ不明であるため，継続して仮想的な群落構造での検証を進めている．並行して，実データへの適用を想定したモニタリングシナリオの作成に取り組んでいる．
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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
データの取得状況，解析手法の開発の両方が概ね当初の想定どおり進展しているため．
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| Strategy for Future Research Activity |
引き続き３次元の「かたち」データの蓄積を進めつつ，そこから生物学的に意味のある解剖学的，発生生物学的，進化生物学的情報の抽出を可能にする定量化・数理モデル化手法の開発を進める．特に，３次元空間中における複数種類の情報の統合を可能にする解析手法の開発を進め，3次元空間における周期的出現パタンとその変調が生み出す植物個体の「かたち」の多様性の統合的理解を目指す．
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Report
(1 results)
Research Products
(5 results)
