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農地環境のメタ戦略:土壌・気象・作物の組み合わせ最適解による農地循環力の強化

研究課題

研究課題/領域番号 15KT0038
研究種目

基盤研究(B)

配分区分基金
応募区分特設分野
研究分野 食料循環研究
研究機関国立研究開発法人理化学研究所

研究代表者

持田 恵一  国立研究開発法人理化学研究所, 環境資源科学研究センター, チームリーダー (90387960)

研究分担者 平山 隆志  岡山大学, 資源植物科学研究所, 教授 (10228819)
最相 大輔  岡山大学, 資源植物科学研究所, 准教授 (90325126)
研究協力者 高萩 航太郎  
櫻井 哲也  
松浦 恭和  
研究期間 (年度) 2015-07-10 – 2019-03-31
研究課題ステータス 完了 (2018年度)
配分額 *注記
17,810千円 (直接経費: 13,700千円、間接経費: 4,110千円)
2018年度: 3,250千円 (直接経費: 2,500千円、間接経費: 750千円)
2017年度: 3,250千円 (直接経費: 2,500千円、間接経費: 750千円)
2016年度: 2,990千円 (直接経費: 2,300千円、間接経費: 690千円)
2015年度: 8,320千円 (直接経費: 6,400千円、間接経費: 1,920千円)
キーワードオオムギ / ゲノム / 機械学習 / ライフコース / トランスクリプトーム / 植物ホルモン / 環境応答
研究成果の概要

本研究では、周年の農地環境情報を集積・統合することに取り組み、農業形質の生産性を予測するモデルを構築し、農地の生産力と持続力を最大化する農業データ科学の基礎を確立する。オオムギの葉のトランスクリプトームや植物ホルモンの変動を調査し、野生オオムギ系統と在来品種についてライフコースにおける生理状態の変動の多様性を明らかにた。また、オオムギ集団の多型を網羅的に調査した。さらに、栽培記録からの出穂形質データと気象データを用いて、出穂日を予測する統計モデルあるいは機械学習モデルを作成した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

地球規模の気候変動と人口の増加により食料供給は多様なリスクに直面している。農地の持続性と作物の生産性の両立が課題である。農地の生産性や持続性は、農地環境と作物の遺伝要因との相互作用によって決まる。本研究では、野外環境で栽培されているオオムギを材料として、栽培の初期から収穫期までの、遺伝子発現や植物ホルモンの状態を成長に沿って調査し、その動態と系統間の違いを明らかにした。また、オオムギの出穂時期を、遺伝子型や遺伝子発現等から推定する方法論の開発を行った。これらの成果は、そょうらいの気候変動に対して予見性をもった作物の育種等の基盤となる技術を提供するものと期待できる。

報告書

(5件)
  • 2018 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2017 実施状況報告書
  • 2016 実施状況報告書
  • 2015 実施状況報告書
  • 研究成果

    (25件)

すべて 2019 2018 2017 2016 2015 その他

すべて 国際共同研究 (2件) 雑誌論文 (8件) (うち国際共著 3件、 査読あり 8件、 オープンアクセス 8件、 謝辞記載あり 2件) 学会発表 (15件) (うち国際学会 8件、 招待講演 6件)

  • [国際共同研究] Università degli Studi di Trento(イタリア)

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [国際共同研究] University of Arizona/University of Illinois(米国)

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [雑誌論文] Statistical and Machine Learning approaches to predict gene regulatory networks from transcriptome datasets2018

    • 著者名/発表者名
      K. Mochida, S. Koda, K. Inoue and R. Nishii
    • 雑誌名

      Frontiers in Plant Science

      巻: 9 ページ: 1-8

    • DOI

      10.3389/fpls.2018.01770

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Computer vision-based phenotyping for improvement of plant productivity: a machine learning perspective2018

    • 著者名/発表者名
      Mochida Keiichi、Koda Satoru、Inoue Komaki、Hirayama Takashi、Tanaka Shojiro、Nishii Ryuei、Melgani Farid
    • 雑誌名

      GigaScience

      巻: 8 号: 1 ページ: 1-12

    • DOI

      10.1093/gigascience/giy153

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Control of seed dormancy and germination by DOG1-AHG1 PP2C phosphatase complex via binding to heme.2018

    • 著者名/発表者名
      Nishimura N, Tsuchiya W, Moresco JJ, Hayashi Y, Satoh K, Kaiwa N, Irisa T, Kinoshita T, Schroeder JI, Yates III JR, Hirayama T, Yamazaki T.
    • 雑誌名

      Nature Communications

      巻: 9 号: 1 ページ: 2132-2132

    • DOI

      10.1038/s41467-018-04437-9

    • NAID

      120006533266

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] The Putative Peptide Gene FEP1 Regulates Iron Deficiency Response in Arabidopsis2018

    • 著者名/発表者名
      Hirayama Takashi、Lei Gui Jie、Yamaji Naoki、Nakagawa Naoki、Ma Jian Feng
    • 雑誌名

      Plant and Cell Physiology

      巻: 59 号: 9 ページ: 1739-1752

    • DOI

      10.1093/pcp/pcy145

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] The mechanism of SO2-induced stomatal closure differs from O3 and CO2 responses and is mediated by nonapoptotic cell death in guard cells2018

    • 著者名/発表者名
      Ooi Lia、Matsuura Takakazu、Munemasa Shintaro、Murata Yoshiyuki、Katsuhara Maki、Hirayama Takashi、Mori Izumi C.
    • 雑誌名

      Plant, Cell & Environment

      巻: 42 号: 2 ページ: 437-447

    • DOI

      10.1111/pce.13406

    • NAID

      120006769766

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Diurnal Transcriptome and Gene Network Represented through Sparse Modeling in Brachypodium distachyon2017

    • 著者名/発表者名
      Koda S, Onda Y, Matsui H, Takahagi K, Uehara-Yamaguchi Y, Shimizu M, Inoue K, Yoshida T, Sakurai T, Honda H, Eguchi S, Nishii R and Mochida K
    • 雑誌名

      Front. Plant Sci

      巻: 8 ページ: 2055-2055

    • DOI

      10.3389/fpls.2017.02055

    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Analysis of single nucleotide polymorphisms based on RNA sequencing data of diverse bio-geographical accessions in barley2016

    • 著者名/発表者名
      Kotaro Takahagi, Yukiko Uehara-Yamaguchi, TakuhiroYoshida, Tetsuya Sakurai, Kazuo Shinozaki, Keiichi Mochida, Daisuke Saisho
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: 6 号: 1 ページ: 1-11

    • DOI

      10.1038/srep33199

    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Crop improvement using life cycle datasets acquired under field conditions2015

    • 著者名/発表者名
      Mochida K, Saisho D, Hirayama T.
    • 雑誌名

      Front. Plant Sci.

      巻: 6 ページ: 740-740

    • DOI

      10.3389/fpls.2015.00740

    • 関連する報告書
      2015 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
  • [学会発表] Phenotypic plasticity of barley developmental trajectory2019

    • 著者名/発表者名
      Daisuke Saisho, Jun Ito, Hiroyuki Tsuji, Keiichi Mochida, Yoko Ikeda, Takashi Hirayama
    • 学会等名
      Phenome 2019 Tucson, AZ, U.S.A.
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Homoeolog-Specific Activation of Genes for Heat Acclimation in Brachypodium hybridum2019

    • 著者名/発表者名
      Keiichi Mochida and Jotaro Takahagi
    • 学会等名
      Plant and Animal Genome XXVII
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Physiological dynamics across diverse barley accessions under filed condition illustrated by combined hormonome and transcriptome profiling2019

    • 著者名/発表者名
      Keiichi Mochida, Komaki Inoue; Yukiko Uehara-Yamaguchi, Minami Shimizu; Kotaro Takahagi; Asaka Kanatani ; Takakazu Matsuura; Daisuke Saisho; Takashi Hirayama
    • 学会等名
      Phenome 2019
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Field multi-omics approaches in barley toward robust crop development2018

    • 著者名/発表者名
      Daisuke Saisho, Jun Ito, Hiroyuki Tsuji, Keiichi Mochida, Yoko Ikeda, Takashi Hirayama
    • 学会等名
      IBMW2018, University of Dundee, Dundee, Scotland
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Functional regression modeling for agricultural data2018

    • 著者名/発表者名
      Hidetoshi Matsui and Keiichi Mochida
    • 学会等名
      11th International Conference of the ERCIM WG on Computational and Methodological Statistics
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Functional data analysis applied to identify time-series changes of environmental factors that are related to flowering in barley2018

    • 著者名/発表者名
      Keiichi Mochida, Hidetoshi Matsui, Kotaro Takahagi, Komaki Inoue, Makoto Ishii, Kazuhiro Sato, Takashi Hirayama
    • 学会等名
      第59回日本植物生理学会年会
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [学会発表] An integrated genome information resource in Pooideae and its application to identify homoeologous relations of transcription factors in barley and wheat2018

    • 著者名/発表者名
      Komaki Inoue, Kotaro Takahagi, Takashi Hirayama, Keiichi Mochida
    • 学会等名
      第59回日本植物生理学会年会
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [学会発表] Barley developmental transition and its diversity revealed by field transcriptomics2018

    • 著者名/発表者名
      Kotaro Takahagi, Yasuhiro Matsushita, Komaki Inoue, Yukiko Uehara-Yamaguchi, Daisuke Saisho, Satoru Koda, Ryuei Nishii, Takashi Hirayama, Keiichi Mochida
    • 学会等名
      第59回日本植物生理学会年会
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [学会発表] A life course approach aiming to design climate-resilient crops2018

    • 著者名/発表者名
      Keiichi Mochida
    • 学会等名
      九州大学IMIシンポジウム
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 圃場環境下における野生オオムギと栽培オオムギの生長段階と植物ホルモン動態の季節変動2017

    • 著者名/発表者名
      最相大輔, 松浦恭和,池田陽子,森泉,持田恵一,平山隆志
    • 学会等名
      日本育種学会
    • 発表場所
      愛知県名古屋市
    • 年月日
      2017-03-29
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
  • [学会発表] オオムギ遺伝資源における圃場出穂期の年次変動要因2017

    • 著者名/発表者名
      石井 誠・佐藤和広・持田恵一・高萩航太郎・井上小槙
    • 学会等名
      育種学会132回講演会
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [学会発表] 植物科学とデータ科学を融合したバイオマス増産研究2017

    • 著者名/発表者名
      持田恵一
    • 学会等名
      近畿バイオ・バイオマスイノベーション研究会
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Crop design based on life cycle datasets toward sustainable agriculture2017

    • 著者名/発表者名
      Keiichi Mochida
    • 学会等名
      岡山大学ストレス科学研究シンポジウム
    • 発表場所
      岡山県倉敷市
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Advances in omics and bioinformatics for gene discovery in plants2016

    • 著者名/発表者名
      持田恵一
    • 学会等名
      Plant Genes and “Omics”: Technology Development
    • 発表場所
      ウィーン(オーストリア)
    • 年月日
      2016-02-11
    • 関連する報告書
      2015 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] オオムギにおける生物地理的代表品種のトランスクリプトーム解析2015

    • 著者名/発表者名
      持田恵一、高萩航太郎、山口(上原)由紀子、吉田拓広、櫻井哲也、篠崎一雄、最相大輔
    • 学会等名
      DNA鑑定学会
    • 発表場所
      発明開館(東京都)
    • 年月日
      2015-12-09
    • 関連する報告書
      2015 実施状況報告書
    • 招待講演

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公開日: 2015-07-14   更新日: 2020-03-30  

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