農業生態系における生物間相互作用の機能解明と植物保護へのバイオミメティクス応用

• 研究課題/領域番号: 18KT0042
• 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: 次世代の農資源利用
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 森 直樹 京都大学, 農学研究科, 教授 (30293913)
• 研究分担者: 高梨 琢磨 国立研究開発法人森林研究・整備機構, 森林総合研究所, 主任研究員 等 (60399376) ; 光野 秀文 東京大学, 先端科学技術研究センター, 特任准教授 (60511855) ; 針山 孝彦 浜松医科大学, 光尖端医学教育研究センター, 特命研究教授 (30165039) ; 平井 悠司 公立千歳科学技術大学, 理工学部, 准教授 (30598272)
• 研究期間 (年度): 2018-07-18 – 2022-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2021年度)
• 配分額: 18,720千円 (直接経費: 14,400千円、間接経費: 4,320千円); 2021年度: 4,680千円 (直接経費: 3,600千円、間接経費: 1,080千円); 2020年度: 4,680千円 (直接経費: 3,600千円、間接経費: 1,080千円); 2019年度: 4,680千円 (直接経費: 3,600千円、間接経費: 1,080千円); 2018年度: 4,680千円 (直接経費: 3,600千円、間接経費: 1,080千円)
• キーワード: バイオミメティクス / 生物間相互作用 / ナノスーツ / 振動 / フェロモン受容体 / beta-tyrosine / ダイズのハスモンヨトウ抵抗生 / 振動によるコナジラミ行動制御 / フェロモンブレンド / 構造色 / 植物保護 / 害虫の行動制御 / 持続可能性 / 微細構造 / 生物規範工学 / 二次代謝物 / フェロモンセンシング

研究成果の概要

農学分野において重要な生物間相互作用に注目し、その相互作用の最前線で対峙する界面で情報伝達を司る化学特性・物理特性を解析することで、実際の農業に応用できる新規でバイオミメティクス的な植物保護技術のシーズ開発を目指した。振動を用いたオンシツコナジラミの行動制御技術では、実際のトマト栽培施設で検証を行い、振動処理区において無処理区よりも本種の密度が66％減少した。また、ハスモンヨトウ抵抗性ダイズで抵抗性に関与する化学成分を従来よりも精密に評価できる統計処理法を確立した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

人間が持続的に生存するため、「人間と自然の共存」が謳われている。しかしながら、様々な学問的、社会的取り組みをもってしても、「人間と自然の共存」を実践する手法は依然として明らかでない。「人間と自然の共存」の具体的な実践として、演者らが提案するのは、人間側からの一方的な自然・環境の解釈だけでなく、人間ならざるものである蟲（昆虫、動物、微生物..）の環世界と行動原理を理解することである。すなわち、蟲にとっての環世界を科学の言葉で理解したうえで、人間と蟲の両方の視点から環境をデザインする姿勢こそが「人間と自然の共存」の実践のキーワードになると考える。ここに本研究の学術的・社会的意義がある。

研究成果

• [国際共同研究] University of California, San Diego(米国)
• [国際共同研究] University of California at San Diego(米国)
• [国際共同研究] University of California at San Diego(米国)
• [雑誌論文] A nonproteinogenic amino acid, β-tyrosine, accumulates in young rice leaves via long-distance phloem transport from mature leaves (2022)
  • 著者名/発表者名: Sakamoto Shunta、Yoshikawa Takanori、Teraishi Masayoshi、Yoshinaga Naoko、Ochiai Kumiko、Kobayashi Masaru、Schmelz Eric A、Okumoto Yutaka、Mori Naoki
  • 雑誌名: Bioscience, Biotechnology, and Biochemistry 巻: 86 号: 4 ページ: 427-434
  • DOI: 10.1093/bbb/zbac012
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Evaluation of antixenosis in soybean against <i>Spodoptera litura</i> by dual-choice assay aided by a statistical analysis model: Discovery of a novel antixenosis in Peking (2021)
  • 著者名/発表者名: Yano M, Inoue T, Nakata R, Teraishi M, Yoshinaga N, Ono H, Okumoto Y, Mori N
  • 雑誌名: 日本農薬学会誌（Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｐｅｓｔｉｃｉｄｅ Ｓｃｉｅｎｃｅ） 巻: 46 号: 2 ページ: 182-188
  • DOI: 10.1584/jpestics.D21-006
  • NAID: 130008043160
  • ISSN: 1348-589X, 1349-0923
  • 年月日: 2021-05-20
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Hydrophobic-hydrophilic crown-like structure enables aquatic insects to reside effectively beneath the water surface (2021)
  • 著者名/発表者名: Suzuki Chiaki、Takaku Yasuharu、Suzuki Hiroshi、Ishii Daisuke、Shimozawa Tateo、Nomura Shuhei、Shimomura Masatsugu、Hariyama Takahiko
  • 雑誌名: Communications Biology 巻: 4 号: 1 ページ: 1-8
  • DOI: 10.1038/s42003-021-02228-5
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Microscopy and biomimetics: the NanoSuit? method and image retrieval platform (2021)
  • 著者名/発表者名: Hariyama Takahiko、Takaku Yasuharu、Kawasaki Hideya、Shimomura Masatsugu、Senoh Chiyo、Yamahama Yumi、Hozumi Atsushi、Ito Satoru、Matsuda Naoto、Yamada Satoshi、Itoh Toshiya、Haseyama Miki、Ogawa Takahiro、Mori Naoki、So Shuhei、Mitsuno Hidefumi、Ohara Masahiro、Nomura Shuhei、Hirasaka Masao
  • 雑誌名: Microscopy 巻: 71 号: 1 ページ: 1-12
  • DOI: 10.1093/jmicro/dfab042
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Triterpenes induced by young apple fruits in response to herbivore attack (2021)
  • 著者名/発表者名: Ohata Yuto、Tetsumoto Yuuki、Morita Sayo、Mori Naoki、Ishiguri Yoichi、Yoshinaga Naoko
  • 雑誌名: Bioscience, Biotechnology, and Biochemistry 巻: 85 号: 7 ページ: 1594-1601
  • DOI: 10.1093/bbb/zbab077
  • 査読あり
• [雑誌論文] イネ（日本晴）における(3R)-β-tyrosineチロシン の生合成 (2021)
  • 著者名/発表者名: 森直樹，阪本駿太，網干貴子，吉川貴徳，寺石政義，吉永直子，奥本裕
  • 雑誌名: 生化学 巻: －
  • 査読あり
• [雑誌論文] Substrate-borne vibrations reduced the density of tobacco whitefly Bemisia tabaci (Hemiptera: Aleyrodidae) infestations on tomato，Solanum lycopersicum: an experimental assessment. (2021)
  • 著者名/発表者名: Yanagisawa R, Suwa R, Takanashi T, Tatsuta H
  • 雑誌名: Applied Entomology and Zoology 巻: 56 号: 2 ページ: 157-163
  • DOI: 10.1007/s13355-020-00711-9
  • 査読あり
• [雑誌論文] Recent advances in chemical ecology: complex interactions mediated by molecules (2021)
  • 著者名/発表者名: Mori N, Noge K
  • 雑誌名: Bioscience, Biotechnology, and Biochemistry 巻: 85 ページ: 33-41
  • 査読あり
• [雑誌論文] Inhibitory substances contained in calcium carbonate wettable powder on the oviposition of the peach fruit moth, <i>Carposina sasakii</i> (2020)
  • 著者名/発表者名: Kazama H, Oohata Y, Takanashi T, Tokoro M, Ishiguri Y, Mori N, Yoshinaga N
  • 雑誌名: 日本農薬学会誌（Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｐｅｓｔｉｃｉｄｅ Ｓｃｉｅｎｃｅ） 巻: 45 号: 1 ページ: 16-23
  • DOI: 10.1584/jpestics.D19-066
  • NAID: 130007800771
  • ISSN: 1348-589X, 1349-0923
  • 年月日: 2020-02-20
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Molecular basis underlying common cutworm resistance of the primitive soybean landrace Peking (2020)
  • 著者名/発表者名: Nakata R, Yano M, Hiraga S, Teraishi M, Okumoto Y, Mori N, Kaga A
  • 雑誌名: Frontier in Genetics 巻: 11 ページ: 581917-581917
  • DOI: 10.3389/fgene.2020.581917
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] バイオミメティクスによるタマムシの構造色の再現と応用 (2020)
  • 著者名/発表者名: 不動寺浩、針山孝彦
  • 雑誌名: J. Jpn. Soc. Colour Mater. 巻: 93 ページ: 149-153
  • 査読あり
• [雑誌論文] A rapid, easy and inexpensive method for the quantification of chitin in insect peritrophic membrane by image processing (2019)
  • 著者名/発表者名: Nakata N, Yoshinaga N, Teraishi M, Okumoto Y, Mori N
  • 雑誌名: Biosci. Biothechnol. Biochem 巻: 83 号: 9 ページ: 1624-1629
  • DOI: 10.1080/09168451.2019.1611407
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Molecular basis of wax-based color change and UV reflection in dragonflies (2019)
  • 著者名/発表者名: Futahashi, R., Yamahama, Y., Kawaguchi, M., Mori, N., Ishii, D., Okude, G., Hirai, Y., Kawahara-Miki, R., Yoshitake, K., Yajima, S., Hariyama, T., Fukatsu, T.
  • 雑誌名: eLife 巻: 8 ページ: 1-24
  • DOI: 10.7554/elife.43045
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Fragmentation study of isoflavones by IT-TOF-MS using biosynthesized isotopes (2018)
  • 著者名/発表者名: Nakata, R., Yoshinaga, N., Teraishi, M., Okumoto, Y., Haffaker A., Schmelz, E.A., Mori, N.
  • 雑誌名: Biosci., Biotechnol. Biochem. 巻: 82 号: 8 ページ: 1309-1315
  • DOI: 10.1080/09168451.2018.1465810
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] イネジャポニカ品種における新葉へのβ-チロシン集約機構の解明 (2022)
  • 著者名/発表者名: 阪本 駿太、吉川 貴徳、寺石 政義、吉永 直子、落合 久美子、小林 優、奥本 裕、森 直樹
  • 学会等名: 日本農芸化学会
• [学会発表] スズメガ類の性フェロモン受容体候補の配列解析 (2022)
  • 著者名/発表者名: 佐藤健斗，光野秀文，藤井毅，中秀司，櫻井健志，黒田枝里，黒田裕樹，神崎亮平
  • 学会等名: 応用動物昆虫学会 第66回大会
• [学会発表] Characterization of hydrochloric acid hydrolyzed Cellulose Nanocrystal (CNC) / Chitosan composite film (2021)
  • 著者名/発表者名: Kazuma Tsujioka, Yuji Hirai, Masatsugu Shimomura
  • 学会等名: 21st Chitose International Forum on Science & Technology (CIF21), Session 2, Chitose (CIST)
  • 国際学会
• [学会発表] Search for active role of FACs with CRISPER-Cas 9 (2021)
  • 著者名/発表者名: 丸岡毅、白井雄、大門高明、森直樹、吉永直子
  • 学会等名: 日本農芸化学会合同大会（関西・中四国・九州）
• [学会発表] イネがもつ(R)-β-tyrosine量の時間的変動 (2021)
  • 著者名/発表者名: 阪本駿太，吉川貴徳，寺石政義，吉永直子，小野肇，森直樹
  • 学会等名: 日本農芸化学会2021年度大会
• [学会発表] Unexpected origins of defensive compounds in animals (2019)
  • 著者名/発表者名: Naoki MORI and Akira MORI
  • 学会等名: The 10 th Conference of Asia-Pacific Association of Chemical Ecologists
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Development of technology for control of the greenhouse whiteflies using substrate vibration (2019)
  • 著者名/発表者名: SHIBATA Kengo、TAKANASHI Takuma、KOIKE Takuji、ABE Shouta、HOSOKAWA Akira、ONODERA Ryuichi、ONO Toshifumi、TAYAMA Tsuyoki、OE Takaho、SEKINE Takayuki
  • 学会等名: the 6th Annual Meeting of the Society for Bioacoustics
• [学会発表] ダイズ品種ペキンが示す老齢ハスモンヨトウ非選好性 (2019)
  • 著者名/発表者名: 矢野まりこ，中田隆，井上貴斗，寺石政義，吉永直子，奥本裕，森直樹
  • 学会等名: 第44回日本農薬学会
• [図書] Functional elucidation of biological interactions in agricultural ecosystems and the application of biomimetics to plant protection (2022)
  • 著者名/発表者名: Naoki Mori, Takanashi Takuma, Mitsuno Hidefumi
  • 出版者: Pan Stanford Publishing, Singapore
• [図書] 感覚生理とバイオミメティクス~化学受容 バイオミメティクス・エコミメティクス－持続可能な循環型社会へ導く技術革新のヒント－ (2021)
  • 著者名/発表者名: 光野秀文, 櫻井健志
  • 総ページ数: 367
  • 出版者: シーエムシー出版
• [図書] 森林とバイオミメティクス バイオミメティクス―持続可能な社会へ導く技術革新のヒント― (2021)
  • 著者名/発表者名: 高梨琢磨、土原和子、久保智史
  • 総ページ数: 367
  • 出版者: シーエムシー出版
  • ISBN: 9784781315638
• [図書] 生き物の音の事典 バイオミメティクス 416-417 生物音響学会編集 (2020)
  • 著者名/発表者名: 高梨琢磨、松尾行雄
  • 総ページ数: 464
  • 出版者: 朝倉書店
• [備考]
  • URL: http://www.chemeco.kais.kyoto-u.ac.jp/
• [備考] http://www.chemeco.kais.kyoto-u.ac.jp/
• [備考] 京都大学農学研究科応用生命科学専攻化学生態学分野HP
  • URL: http://www.chemeco.kais.kyoto-u.ac.jp/
• [備考]
  • URL: http://www.chemeco.kais.kyoto-u.ac.jp/
• [産業財産権] 振動による害虫防除及び作物受粉の方法 (2021)
  • 発明者名: 高梨琢磨ら
  • 権利者名: 高梨琢磨ら
  • 産業財産権種類: 特許
  • 出願年月日: 2021
  • 取得年月日: 2021
• [産業財産権] 振動を用いた害虫の行動制御により植物を保護する方法 (2021)
  • 発明者名: 高梨琢磨、小池卓二、松井康浩、上地奈美ら
  • 権利者名: 森林総研、電通大、農研機構果樹茶部門等
  • 産業財産権種類: 特許
  • 出願年月日: 2021
  • 取得年月日: 2021
• [産業財産権] Method for controlling insect pest by vibration (2020)
  • 発明者名: Takanashi, T. et al.
  • 権利者名: Takanashi, T. et al.
  • 産業財産権種類: 特許
  • 出願年月日: 2020
  • 取得年月日: 2020
  • 外国