細胞から個体までの全階層を繋ぐ包括的代謝制御体系「体内時計制御工学」の基盤研究

• 研究課題/領域番号: 25712029
• 研究種目: 若手研究(A)
• 配分区分: 一部基金
• 研究分野: 農業環境・情報工学
• 研究機関: 大阪府立大学
• 研究代表者: 福田 弘和 大阪府立大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (90405358)
• 研究期間 (年度): 2013-04-01 – 2016-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2015年度)
• 配分額: 25,610千円 (直接経費: 19,700千円、間接経費: 5,910千円); 2015年度: 4,810千円 (直接経費: 3,700千円、間接経費: 1,110千円); 2014年度: 5,200千円 (直接経費: 4,000千円、間接経費: 1,200千円); 2013年度: 15,600千円 (直接経費: 12,000千円、間接経費: 3,600千円)
• キーワード: アグリバイオインフォマティックス / 数理モデル / オミクス解析 / 農業工学 / 植物工場 / 体内時計 / 網羅的発現解析

研究成果の概要

近年、植物工場における生産品目は拡大傾向にあり、2次代謝がより重要となる高機能植物の研究が急増している。このため、細胞内の代謝分子情報を利用した環境調節工学や、数理モデルを駆使した工学的な代謝制御の研究が、重視されるようになってきた。そこで本研究では、研究が進展している「体内時計」に着目し、多検体RNA-seq解析と代謝産物解析、走査型レーザー照明を利用した任意の部位に任意の光条件を与えることができる研究システムを開発した。これにより、成長器官（茎頂分裂組織）と光合成器官（成熟した葉）で異なる体内時計制御を行い、細胞から個体までの全階層を繋ぐための理論的基盤・技術の創出を行った。

研究成果

• [雑誌論文] Detection of Diurnal Variation of Tomato Transcriptome through the Molecular Timetable Method in a Sunlight-type Plant Factory (2016)
  • 著者名/発表者名: Takanobu Higashi, Yusuke Tanigaki, Kotaro Takayama, Atsushi J. Nagano, Mie N. Honjo and Hirokazu Fukuda
  • 雑誌名: Frontiers in Plant Science 巻: 7:87 ページ: 1-9
  • DOI: 10.3389/fpls.2016.00087
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] An Extended Mathematical Model for Reproducing the Phase Response of Arabidopsis thaliana Under Various Light Conditions. (2015)
  • 著者名/発表者名: Takayuki Ohara, Hirokazu Fukuda, Isao T. Tokuda
  • 雑誌名: Journal of Theoretical Biology 巻: 382 ページ: 337-334
  • DOI: 10.1016/j.jtbi.2015.07.016
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Phase Response of the Arabidopsis thaliana Circadian Clock to Light Pulses of Different Wavelengths. (2015)
  • 著者名/発表者名: Takayuki Ohara, Hirokazu Fukuda, Isao T. Tokuda
  • 雑誌名: Journal of Biological Rhythms 巻: 30 号: 2 ページ: 95-103
  • DOI: 10.1177/0748730415576426
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Entrainment of Cellular Circadian Rhythms in Lactuca sativa L. Leaf by Spatially Controlled Illuminations (2015)
  • 著者名/発表者名: Naoki Seki, Kazuya Ukai, Takanobu Higashi and Hirokazu Fukuda
  • 雑誌名: Journal of Biosensors & Bioelectronics 巻: 6 号: 04 ページ: 1000186-1000186
  • DOI: 10.4172/2155-6210.1000186
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Transcriptome analysis of plant hormone-related tomato (Solanum lycopersicum) genes in a sunlight-type plant factory (2015)
  • 著者名/発表者名: Yusuke Tanigaki, Takanobu Higashi, Kotaro Takayama, Atsushi J. Nagano, Mie N. Honjo and Hirokazu Fukuda
  • 雑誌名: PLoS ONE 巻: 10 号: 12 ページ: 1-18
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0143412
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Evaluation of Growth under Non-24 h Period Lighting Conditions in <i>Lactuca sativa</i> L. (2015)
  • 著者名/発表者名: akanobu Higashi, Shuhei Nishikawa, Nobuya Okamura and *Hirokazu Fukuda
  • 雑誌名: Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ Ｃｏｎｔｒｏｌ ｉｎ Ｂｉｏｌｏｇｙ 巻: 53 号: 1 ページ: 7-12
  • DOI: 10.2525/ecb.53.7
  • NAID: 130004944230
  • ISSN: 1880-554X, 1883-0986
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Phase Response of the Arabidopsis thaliana Circadian (2015)
  • 著者名/発表者名: Takayuki Ohara, Hirokazu Fukuda, Isao T. Tokuda
  • 雑誌名: Journal of Biological Rhythms 巻: 30 ページ: 95-103
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] 温度変動が誘起する発芽期における概日リズムの集団同期 (2014)
  • 著者名/発表者名: Ryuta Udo, Shogo Moriyuki, Kazuya Ukai, Hirokazu Fukuda
  • 雑誌名: 日本冷凍空調学会論文集 巻: 31 号: 3 ページ: 359-365
  • DOI: 10.11322/tjsrae.14-26PF_OA
  • NAID: 130004685678
  • ISSN: 1344-4905, 2185-789X
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Characterization of Circadian Rhythms Through a Bioluminescence Reporter Assay in <b><i>Lactuca sativa</b></i> L. (2014)
  • 著者名/発表者名: T. Higashi, A. Kamitamari, N. Okamura, K. Ukai, K. Okamura, T. Tezuka, H. Fukuda
  • 雑誌名: Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ Ｃｏｎｔｒｏｌ ｉｎ Ｂｉｏｌｏｇｙ 巻: 52 号: 1 ページ: 21-27
  • DOI: 10.2525/ecb.52.21
  • NAID: 130003395215
  • ISSN: 1880-554X, 1883-0986
  • 査読あり
• [学会発表] RNA-seqとLC-Orbitrap-MSによる大葉の概日リズム解析. (2014)
  • 著者名/発表者名: 福田弘和，東 孝信，有働龍太，三浦孝江
  • 学会等名: 日本生物環境工学会 2014東京大会
  • 発表場所: 明治大学 駿河台キャンパス
  • 年月日: 2014-09-09 – 2014-09-11
• [学会発表] 時系列RNA-seqデータを用いたトマトにおける体内時刻の推定. (2014)
  • 著者名/発表者名: 東 孝信，高山弘太郎，福田弘和
  • 学会等名: 日本生物環境工学会 2014東京大会
  • 発表場所: 明治大学 駿河台キャンパス
  • 年月日: 2014-09-09 – 2014-09-11
• [学会発表] "フリルアイス発芽初期のクロロフィル蛍光にみられる概日リズムの振動性解析. (2014)
  • 著者名/発表者名: 守行正悟，福田弘和
  • 学会等名: 日本生物環境工学会 2014東京大会
  • 発表場所: 明治大学 駿河台キャンパス
  • 年月日: 2014-09-09 – 2014-09-11
• [学会発表] 植物における概日時計細胞集団の光による制御. (2014)
  • 著者名/発表者名: 福田 弘和
  • 学会等名: 第３６回光医学・光生物学会
  • 発表場所: 大阪大学
  • 年月日: 2014-07-25
• [学会発表] 植物概日時計における振動子集団の外力応答 (2014)
  • 著者名/発表者名: 福田 弘和
  • 学会等名: "電子情報通信学会 第10回複雑コミュニケーションサイエンス時限研究会
  • 発表場所: 大阪大学
  • 年月日: 2014-05-19
• [学会発表] 時計遺伝子研究の太陽光植物工場への適用可能性 (2014)
  • 著者名/発表者名: 福田 弘和
  • 学会等名: 日本学術会議公開シンポジウム「太陽光植物工場の高精度環境調節を可能にする植物生体情報計測」
  • 発表場所: 日本学術会議（東京都）
  • 招待講演
• [備考] 大阪府立大学大学院 工学研究科 バイオプロダクション工学研究室
  • URL: http://www.bioproduction-opu.info/
• [備考] 大阪府立大学大学院 工学研究科 バイオプロダクション工学研究室
  • URL: http://www.me.osakafu-u.ac.jp/bioproduction/
• [備考] 大阪府立大学大学院工学研究科 機械系専攻 バイオプロダクション工学研究グループ
  • URL: http://www.me.osakafu-u.ac.jp/bioproduction/
• [備考] 大阪府立大学大学院工学研究科 機械系専攻 バイオプロダクション工学研究グループ
  • URL: http://www.bioproduction-opu.info/