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トマトかいよう病の感染拡大シミュレーションモデルの確立

Research Project

Project/Area Number 21K05606
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

Allocation TypeMulti-year Fund
Section一般
Review Section Basic Section 39040:Plant protection science-related
Research InstitutionNational Agriculture and Food Research Organization

Principal Investigator

川口 章  国立研究開発法人農業・食品産業技術総合研究機構, 西日本農業研究センター, 上級研究員 (80520486)

Project Period (FY) 2021-04-01 – 2025-03-31
Project Status Granted (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help
¥4,030,000 (Direct Cost: ¥3,100,000、Indirect Cost: ¥930,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
Fiscal Year 2021: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000)
Keywordsトマトかいよう病 / 植物病害数理モデル / PHLIDモデル / SEIRモデル / 感染拡大シミュレーション / SIRモデル / 基本再生産指数
Outline of Research at the Start

植物に発生する病害は全て微生物(糸状菌・細菌・ウイルス等)による感染症であり、人間の疫学モデルを応用することは可能だが、植物病害における感染症拡大シミュレーションモデルの研究事例は非常に少なく、具体的な病害防除対策立案に繋げる研究には至っていない。本研究では、感染症拡大シミュレーションモデルの具体例として、世界中で発生している細菌性難防除病害であるトマトかいよう病における感染拡大シミュレーションモデルを構築する。本病の感染確率や防除技術の効果をモデルに当てはめることで、植物の健全株、感染未発病株、発病株の推移の変動を可視化するモデルを構築し、防除対策立案に使える新しいモデルを提案する。

Outline of Annual Research Achievements

トマトかいよう病はトマトの安定生産を脅かす難防除病害であるが、圃場ごとに発病開始から感染の拡大,感染の終息の時期は異なるため、一律の防除対策が圃場ごとに適合せず、生産者は防除対策に苦慮している。2021年度までに既存の疫学モデルを活用して,栽培規模の異なる圃場ごとに発病の推移をシミュレーションできるモデルのSIRモデルを開発した。2022年度はさらのそのモデルの発展型を考案し、一次伝染からの感染確率のパラメータと、一次伝染および二次伝染に対して行う防除対策の効果を示すパラメータを組み合わせた新しい感染拡大予測モデルであるPHLIDモデルを開発した。2023年度は、PHLIDモデルに関する査読付き論文を投稿し受理された。さらに、PHLIDモデルの有用性を評価するため、現地実証を行った。本モデルで予測された発病推移や防除対策効果をもとに、現地トマト生産圃場において実際に防除対策(管理作業に用いる剪定鋏の消毒)を実施したところ、本病の発生を完全に抑制することに成功した。また、PHLIDモデルのような時系列データを扱うモデルの構築に携わったことから、PHLIDモデルを参考に時系列データをもとにしたシミュレーションモデルの工夫を行っていたところ、 Bayesian changepoint detectionという解析方法が植物病害の発生量の時系列的な変化の検出に応用できることを発見した。トマト病害の蓄積データではデータが不足していたため、ブドウ病害のデータを応用したところ、発生をうまく説明できることができたため、査読付き論文を投稿し、受理された。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

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

Reason

これまでの研究計画では、2022年度以降はSIRモデルを構築したのち、パラメータの調整を行いつつ、実際の発生現場における発病レベルにフィットするようなモデルへの改良を加えていく予定であったが、新しい発想のもとで2022年度に一次伝染のパラメータと防除効果のパラメータを加えた新しいPHLIDモデルを構築することができた。2023年は4月から10月末まで海外における研究滞在等(様式F-13-2のとおり海外における研究滞在等に伴う科学研究費助成事業補助事業期間延長承認申請書を提出済み)で不在にしたが、帰国後に現地実証を1事例実施することができただけでなく、PHLIDモデルに関する査読付き論文も受理、出版された。以上より、本課題は概ね順調に進展している。

Strategy for Future Research Activity

2024年度は最終年度であり、モデルの有用性の検証を中心に研究を進める。2023年度に現地実証データを1事例得たが、本モデルの検証にはさらに複数の事例が必要であると考えることから、2024年度にさらに現地実証の事例数を増やして(2事例以上)本モデルの有用性の評価を行う。

Report

(3 results)
  • 2023 Research-status Report
  • 2022 Research-status Report
  • 2021 Research-status Report
  • Research Products

    (7 results)

All 2024 2023 2022

All Journal Article (3 results) (of which Peer Reviewed: 3 results,  Open Access: 3 results) Presentation (3 results) Patent(Industrial Property Rights) (1 results)

  • [Journal Article] A PHLID Model for Tomato Bacterial Canker Predicting on Epidemics of the Pathogen2023

    • Author(s)
      Kawaguchi Akira、Kitabayashi Shoya、Inoue Koji、Tanina Koji
    • Journal Title

      Plants

      Volume: 12 Issue: 11 Pages: 2099-2099

    • DOI

      10.3390/plants12112099

    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Insight into the population dynamics of pathogenic bacteria causing grapevine crown gall in snowfall areas: snow cover protects the proliferation of pathogenic bacteria2023

    • Author(s)
      Kawaguchi Akira、Nemoto Manabu、Ochi Sunao、Matsushita Yosuke、Sato Tomoyuki、Sone Teruo
    • Journal Title

      Frontiers in Plant Science

      Volume: 14 Pages: 1198710-1198710

    • DOI

      10.3389/fpls.2023.1198710

    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] An HLD model for tomato bacterial canker focusing on epidemics of the pathogen due to cutting by infected scissors2022

    • Author(s)
      Akira Kawaguchi, Shoya Kitabayashi, Koji Inoue, Koji Tanina
    • Journal Title

      Plants

      Volume: 11 Issue: 17 Pages: 2253-2264

    • DOI

      10.3390/plants11172253

    • Related Report
      2022 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] 複数の伝染経路と防除対策の効果の要因を組み込んだトマトかいよう病の発病拡大シミュレーションモデル2024

    • Author(s)
      川口 章・北林奨也・井上幸次・谷名光治
    • Organizer
      令和6年度日本植物病理学会大会
    • Related Report
      2023 Research-status Report
  • [Presentation] An HLD model for tomato bacterial canker focusing on epidemics of the pathogen due to cutting by infected scissors2022

    • Author(s)
      川口 章、北林奨也
    • Organizer
      令和4年度日本植物病理学会大会
    • Related Report
      2022 Research-status Report
  • [Presentation] トマトかいよう病の発生拡大シミュレーションモデルの検討2022

    • Author(s)
      川口 章・北林奨也
    • Organizer
      令和4年度日本植物病理学会大会
    • Related Report
      2021 Research-status Report
  • [Patent(Industrial Property Rights)] 感染拡大予測装置、感染拡大予測方法、およびプログラム2022

    • Inventor(s)
      川口 章
    • Industrial Property Rights Holder
      農業・食品産業技術総合研究機構
    • Industrial Property Rights Type
      特許
    • Industrial Property Number
      2022-132030
    • Filing Date
      2022
    • Related Report
      2022 Research-status Report

URL: 

Published: 2021-04-28   Modified: 2024-12-25  

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