高速形質評価・環境計測によるダイズ安定多収化に貢献する群落生産形質遺伝子座の探索

Research Project

Project/Area Number	18H02190
Research Category	Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
Allocation Type	Single-year Grants
Section	一般
Review Section	Basic Section 39020:Crop production science-related
Research Institution	National Agriculture and Food Research Organization
Principal Investigator	熊谷悦史国立研究開発法人農業・食品産業技術総合研究機構, 東北農業研究センター, 主任研究員 (80583442)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	小木曽映里独立行政法人国立科学博物館, 分子生物多様性研究資料センター, 特定非常勤研究員 (00646929) 長谷川利拡国立研究開発法人農業・食品産業技術総合研究機構, 東北農業研究センター, 調整監・技術支援センター長等 (10228455) 屋比久貴之国立研究開発法人農業・食品産業技術総合研究機構, 東北農業研究センター, 研究員 (20824270)
Project Period (FY)	2018-04-01 – 2023-03-31
Project Status	Granted (Fiscal Year 2020)
Budget Amount *help	¥16,250,000 (Direct Cost: ¥12,500,000、Indirect Cost: ¥3,750,000) Fiscal Year 2020: ¥2,470,000 (Direct Cost: ¥1,900,000、Indirect Cost: ¥570,000) Fiscal Year 2019: ¥2,860,000 (Direct Cost: ¥2,200,000、Indirect Cost: ¥660,000) Fiscal Year 2018: ¥5,720,000 (Direct Cost: ¥4,400,000、Indirect Cost: ¥1,320,000)
Keywords	ハイスループットフェノタイピング / リモートセンシング / 環境計測 / ダイズ / 遺伝解析
Outline of Annual Research Achievements	我が国のダイズの収量は低迷し、さらに近年は気候変動の拡大により収量変動が大きい。品種の収量性の向上は喫緊の課題であるが、近年遺伝的改良が大きく進んだ米国品種に比べて、国内品種の収量性は低いのが現状である。本研究の目的は、遠隔計測等を駆使した高速形質評価・環境計測システムを構築し、それを日米ダイズ品種の交配後代に適用し、湿潤・乾燥といった多様な土壌水分条件下で高い乾物生産を実現する群落生産形質に関わる遺伝子領域を特定することである。これまでに、携帯型の正規化植生指数（NDVI）、光化学反射指数（PRI）、太陽光誘導クロロフィル蛍光（SIF）、群落温度の計測システム構築に着手し、以下の結果を得た。日本と米国の育成年代が異なるダイズ品種群を対象に、開花期前に植被率とNDVIを調査したところ、両者には正の相関関係が認められ、NDVIからダイズの植被率を評価できることが分かった。日米ダイズ品種群を対象に、子実肥大期に群落温度や群落PRI、個葉の光合成速度や気孔伝導度を計測した。日本品種群と比較して米国品種群は群落温度が低かったが、PRIは両品種群で差が無かった。群落PRIと個葉光合成速度には相関関係は見られなかったが、群落温度と気温の差と個葉の光合成速度や気孔伝導度には負の相関関係が見られた。群落温度に加え、ダイズ群落高、圃場に設置した気象観測システムで取得した風速、日射量、気温、気圧などを熱収支式に導入し、蒸発散量（潜熱フラックス）を推定したところ、各品種の蒸発散量と葉面積、地上部重、個葉の気孔伝導度には高い正の相関関係が見られた。このことから、群落温度計測によって乾物生産や光合成活性等の生産形質を評価できる可能性が示された。次年度からのSIF計測に使う高精度分光放射計を整備した。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 3: Progress in research has been slightly delayed. Reason 研究代表者が、米国イリノイ大学で研究する機会を得て、日本国内で当初予定通りに研究を進められなかったので、進捗状況はやや遅れていると判断した。群落温度の計測から群落生産形質の高速評価が可能であることなどの見込みのある結果を得ることができたが、PRI計測では市販のセンサーが故障し、当初予定していた数量のデータ取得が困難であった。また、SIF計測に関しては、高精度分光放射計の購入が遅れたため、計測システムの構築には至らなかった。イリノイ大学では、SIF計測における機器のセットアップの方法、SIFシグナルの算出方法などを学ぶことができ、次年度につながる有益な情報収集ができた。
Strategy for Future Research Activity	東北農業研究センター（熊谷、長谷川、屋比久）では、構築した群落温度計測システムにダイズ群落高の自動計測などを取りいれ、蒸発散量推定の手法を改良する。また、イリノイ大学で収集した情報に基づき、高精度分光放射計を用いて、NDVI、PRI、SIFを同時に計測するシステム構築に着手する。東北農業研究センター（盛岡市）にて、日米のダイズ複数品種を対象に、上記の計測項目に加え、植被率、乾物重、葉面積指数、日射乾物変換効率、個葉光合成速度などの時系列データを取得する。蒸発散量、NDVI、PRI、SIFを説明変数として、群落生産形質を推定する回帰モデルを作成する。次世代作物開発研究センター（小木曽）では、日米ダイズ品種の4系交雑の組み換え近郊系の遺伝子型を判定し、次年度以降に使用する遺伝解析材料の養成を進める。