2022 Fiscal Year Annual Research Report
Quality control of postharvest fruits and vegetables by entraining or disturbing the biological clock
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21H02317
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| Research Institution | Kobe University |
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Principal Investigator |
黒木 信一郎 神戸大学, 農学研究科, 准教授 (00420505)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
伊藤 博通 神戸大学, 農学研究科, 教授 (00258063)
中野 浩平 岐阜大学, 大学院連合農学研究科, 教授 (20303513)
福田 弘和 大阪公立大学, 大学院工学研究科, 教授 (90405358)
五月女 格 東京大学, 大学院農学生命科学研究科(農学部), 准教授 (90469833)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | タイムラプスハイパースペクトル画像 / 時計関連遺伝子 / 自己拡散係数 / 核磁気共鳴 / 水透過性 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度は、大気条件下および低酸素条件下で貯蔵したホウレンソウ葉について、タイムラプス分光画像の収集、膜機能劣化の定量、および時計関連および鮮度マーカー遺伝子の測定を実施した。Excel VBAマクロを開発し、ハードウェアトリガーによって、受光波長範囲のみの光を任意のタイミングで与えられる照明系と同期した画像収録システムを実現した。これにより、撮影系の全自動化を完了した。経時計測した分光画像データの主成分分析の結果、第1主成分スコアからは、水分損失に伴う質感や張りの消失など、時間経過に伴う試料表面の物理性状の変化を追跡できることが分かった。また、第2主成分スコアの頻度分布について、5 %O2区では貯蔵期間の経過に伴って単調増加する傾向があるのに対し、20 %O2区では経時的に増減する傾向があることを明らかにし、鮮度劣化が生体のリズムや周期性などの動的な変化と連動して進行している可能性を示した。また、核磁気共鳴装置を用いた水分子の自由拡散が仮定される場合および拡散障壁による制限がある場合の自己拡散係数測定の結果、プロトプラストを単離せずとも、葉の組織のままで収穫後日数増加に伴う細胞膜の拡散透水係数の変化を計測できることが明らかとなった。さらに、時計関連および鮮度マーカー遺伝子23種について選択性を確認すると共に、4時間間隔で72時間サンプリングした試料から抽出したmRNAの発現量解析により、時間経過に伴い、周期的に増大あるいは減少する遺伝子を同定した。
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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
撮影系の全自動化を完了した。機械・深層学習用のデータが今後さらに集積することが期待される。全国的な電気料金高騰に伴う電気使用量制限を余儀なくされている状況の中、供試材料の安定生産体制も維持できている。核磁気共鳴における各パルスシーケンスでのFID信号の逆ラプラス変換から成分数を同定し、これに基づいて縦横両方の緩和時間とその存在割合を算出することによって、核磁気共鳴から得られるデータの解釈の妥当性を多方面から検討している。時計関連および鮮度マーカー遺伝子についても、23種のプライマーについて選択性を確認できた。他方、上記データの論文公開には至っておらず、鮮度劣化が生体のリズムや周期性などの動的な変化と連動して進行している可能性を検証するためのデータ量と1～3次機能成分のメタボローム解析には課題を残した。以上を総合すると、本研究課題はおおむね順調に進展していると自己評価される。
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| Strategy for Future Research Activity |
当初の計画通り、温度およびガス環境を変化させる環境での貯蔵試験を実施する。画像計測では、貯蔵中のサンプルを撮影領域内へ自動的に搬送する単軸型あるいは回転型の機構を追加することにより、分光画像データの大量収集を達成する。また、現在収集している反射画像に加え、偏光フィルターを用い表面反射成分を除去した画像や、透過画像を計測し、植物内部の生体情報の抽出により有効な分光画像データについて検討する。遺伝子解析については、共同研究者を追加することにより、データ収集を加速する。鮮度状態が段階的に異なる青果物試料の作出を、より安定的かつ再現可能にするため、貯蔵チャンバーを多ライン並列化する。また同時に、自動ライン切り替え装置を作成し、保有するガス分析装置に導入することで呼吸速度の自動計測システムを構築する。これらにより、タイムラプスハイパースペクトル画像の収集と機械学習による解析を行い、品質劣化と体内時計の同調性、およびその分光学的解釈について議論する。
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