野生トランスクリプトームの数理モデリングと植物工場による再現

2015 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 15K12142
• Research Institution: Osaka Prefecture University
• Principal Investigator: 福田 弘和 大阪府立大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (90405358)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 徳田 功 立命館大学, 理工学部, 教授 (00261389)
• Project Period (FY): 2015-04-01 – 2018-03-31
• Keywords: 環境ストレス応答

Outline of Annual Research Achievements

野生の植物が呈する「固有の遺伝子発現パターン」は、固有の地質や気象、生態系によって形成される固有の生命状態を表し、かけがえのない生物情報である。しかし現在、この生物情報が気候変動によって急速に失われつつある。本研究では、網羅的な遺伝子発現解析（トランスクリプトーム解析）によって計測される生命状態を、人工環境システムによって再現する手法の提案と検証を目的とする。野外に自生する多年草の薬用植物を対象に、①トランスクリプトームの情報構造を数理モデルとして縮約する技術、②植物工場によってそのトランスクリプトームを再現する技術、について基礎研究を行う。本研究は産業上も有用であり、トランスクリプトームに基づいた伝統農業のデジタル継承、次世代農業（植物工場）の高度化に大きく貢献することを目指す。
特に本研究では、「生物環境応答のクロストーク（複合的な環境応答の相互作用）」を活用して野生環境と人工環境の環境パラメータ変換を行う手法の考案を行う。このために、野生の薬用植物を主な対象とし、同時に、モデル植物のシロイヌナズナ（1年生植物）を副対象とすることで、本手法の「一般化」を目指す。研究内容は以下の通り：①野外サンプリングを行い、野生トランスクリプトームと気象データを得る。②時系列分析と各環境シグナルに対する応答関数を推定し、1次モデルを構築する。③環境パラメータの変換を行い、植物工場で再現するための2次モデルを構築する。④植物工場における再現実験を行う。

Current Status of Research Progress

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

Reason

当初計画である下記を予定通り実施できているため。
・対象植物の選定ならびに植物工場における栽培
・野生トランスクリプトームならびに気象データの取得：de novoシーケンシングによるリファレンス配列の取得

Strategy for Future Research Activity

野生の薬用植物Centella asiatica（多年生植物）を主な対象し、同時に、モデル植物のシロイヌナズナ（1年生植物）を副対象とすることで、本手法の「一般化」を目指す。①野外サンプリングを行い、野生トランスクリプトームと気象データを得る（2年目も継続）。②時系列分析と各環境シグナルに対する応答関数を推定し、1次モデルを構築する。③環境パラメータの変換を行い、植物工場で再現するための2次モデルを構築する。④植物工場における再現実験を行う。⑤本研究の検証と総括を行い、手法や理論の一般化を行う。論文を執筆する。

Causes of Carryover

試薬等に次年度利用するため。

Expenditure Plan for Carryover Budget

試薬等に利用する。