【研究領域課題番号】19H00938 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

人工知能 / 育種 / 多収 / ゲノム / 多型 / 成長モデル / 水稲 / イネ / GWAS / ゲノミック予測 / ビッグデータ / イネ育種 / 作物モデル

【研究成果の概要】

「人工知能」の育種への利用により品種育成を補助するシステムを開発を目指した．まず，（１）「表現型」の標準化として，イネ収量の野外ビックデータから，表現型である品種特性を作物モデルを用いて環境に対する回帰係数として抽出するプラットフォームの開発した．続いて，（２）「遺伝子型」の標準化として，163万箇所のSNPデータに基づく365品種/系統の遺伝子型プラットフォームを構築した．また，（３）「人工知能」での学習として，「シングル・エポック・ラーニング法」を提案した．最後に（４）既存のゲノミック予測法およびその作物モデルとの融合による基準精度の評価を行った．

【研究の社会的意義】

地球温暖化により気候変動が拡大する中，その変化に適応できる新品種の育成が喫緊の課題である．本研究では，イネをモデル植物として，過去に蓄積された野外ビッグデータを再利用する新たな整理方法を提案するとともに，その表現型情報と遺伝子型情報について人工知能を用いてはじめて解析した試みに位置付けられる．今後は，イネ以外のダイズやコムギなど他の作物への応用とともに，さらに発展的に蓄積されたデータを利用し，情報を再解析することで農業生産上に有用な遺伝子領域の特定や，将来の気象条件に合わせた新品種の開発に寄与することが期待される．

【研究種目】基盤研究(A)

【研究期間】2019-04-01 - 2022-03-31

【配分額】45,760千円 (直接経費: 35,200千円、間接経費: 10,560千円)

【研究領域課題番号】19K06006 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

イネ / 水稲再生二期作 / 再生茎 / 萌芽 / 品種 / 水稲 / 再生二期作 / 多収性 / 再生二期作栽培 / 収量

【研究成果の概要】

収穫後のイネ刈り株から再生する茎から籾を再度得る再生二期作栽培は、イネの年間生産量を向上させる方法のひとつとして近年、熱帯から温帯に至る稲作地域で注目されている。しかしながら、依然として再生二期作目の収量が最大でも一期作目の50％程度とされており、再生二期作目の収量性の改善が求められている。そこで、本研究では、水稲再生二期作栽培による年間生産量を高めるために、再生茎の萌芽形成の生理生態機構の解明、暖地における水稲再生二期作栽培の収量性評価について取り組んだ。
これまでの結果から、再生茎の発育の良否は再生二期作目の収量性の向上に結び付くことが示唆された。そこで、より詳しい再生茎の発育の明らかにするために、ポット試験において安定同位体15Nを用いて再生茎への養分分配について評価した。その結果、再生茎の発生位置によって15N含有量が異なったことから、品種によって再生茎への窒素の分配程度が異なることが明らかとなった。また、15N含有量と穂数との間に正の相関関係が認められたことから、窒素含有量が多い再生茎ほどより多くの収量を得られる可能性が示唆された。
3品種の日本型早生品種を用いて、再生二期作栽培の収量試験の追試験を実施したところ、再生二期作栽培における多収を達成するためには、窒素施肥管理および早生品種の選定が重要であることが再度確認された。さらに、暖地である鹿児島県において、再生二期作栽培の複数の供試品種を用いて、収量性を評価した。その結果、水稲再生二期作栽培の適正が高い日本型早生品種やインド型早生品種であれば、一期目との合計で約1,000kg/10aの玄米収量を得られることが明らかとなった。

【研究種目】基盤研究(C)

【研究期間】2019-04-01 - 2023-03-31

【配分額】4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円)

【研究分野】考古学

【研究領域課題番号】16H03503 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

稲作 / 弥生時代 / 北日本 / 土器圧痕 / プラント・オパール / 農耕 / 出土イネ / DNA / 堆積相 / 弥生 / 東北 / 水稲 / 考古学 / 圧痕 / イネ / 遺跡

【研究成果の概要】

東日本を中心とする遺跡出土イネ種子の形態・DNA分析、炭素窒素安定同位体比分析を通じて品種の歴史的展開の時期や内容を明らかにした。また、稲作の導入期にあたる岩木山麓の弥生時代前半期の遺跡発掘調査を実施した。その結果、東北で最古の水田跡が見つかっている砂沢遺跡において微細土壌分析による水田の形成過程および集落の南限が明らかになった。また清水森西遺跡において弥生時代前期の砂沢遺跡と中期中葉の垂柳遺跡の間の時期にあたる稲作集落が検出された。電子顕微鏡・X線CT観察による土器のイネ種子圧痕を検出した。以上よりこれまで不明瞭だった前期から中期の大規模水稲農耕への変遷モデルを作成可能となった。

【研究の社会的意義】

本研究は環境激変に脆弱な東日本に導入されたイネの自然環境に対する適応過程および文化的な選抜過程を形質・品種・栽培環境レベルで解明した。また本研究により地域的にはわずかではあるものの弥生時代の出土イネの北限を更新したほか、東北で大規模水稲農耕文化が展開する直前の時期の様相が明らかとなった。これらにより列島において経済基盤となった稲作がたどってきた歩みが稲作限界域という地域的視点で見直すことができた。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2016-04-01 - 2019-03-31

【配分額】17,550千円 (直接経費: 13,500千円、間接経費: 4,050千円)

【研究分野】食料循環研究

【研究領域課題番号】26310304 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

有機農法 / 土壌 / 窒素 / リン / 雑草 / 生物多様性 / イネ / 水田 / 農業環境工学 / 雑草管理 / 物質循環 / 水田生態系 / 農家経営 / 農作業 / 温室効果気体 / 水稲 / 農業工学

【研究成果の概要】

ある農家が開発した有機稲作農法のしくみを研究した結果、以下のことが分かった。
この農法は、施肥も除草もしないために極めて労働節約的であり、そのことが農家経営に大いに貢献していた。
この農法に転換した当初の米収量は、慣行農法よりもかなり低いが、農法を継続するうちに慣行の農法の収量に近づいた。これは、冬春雑草のすきこみを継続することで、イネが吸収できる土壌窒素量やリン酸量が増えたのが一つの理由であった。この農法を継続すると、イネと競合する雑草が減り、稲作害虫の天敵であるクモ類が増えた。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2014-07-18 - 2018-03-31

【配分額】16,120千円 (直接経費: 12,400千円、間接経費: 3,720千円)

【研究分野】作物学

【研究領域課題番号】08456008 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

水稲 / 稈 / ヘミセルロース / 挫折抵抗 / 登熟期 / グルカナーゼ / イネ / 倒伏 / 細胞壁

【研究成果の概要】

本研究においては水稲の桿の物理的強度が登熟期に急激に弱くなるという現象の生理および分子機構を解明しようとした。3年間にわたる研究の結果、次のような成果が得られた。
(1) 水稲の桿の物理的強度と桿を構成する細胞のうち、特に、柔細胞の細胞壁が薄くなるという形態的、構造的変化の間に明瞭な関係を認めた。
(2) この関係には明瞭な品種間差が見られ、登熟期に桿から穂への物質の移動が大きい品神で桿強度の低下が大きかった。
(3) この物質移動の原因となる具体的物質を検討したところヘミセルロース、ベクチンの変化量が大きいことを明らかにしたが、なかでも存在量の大きな前者が桿強度の変化と対応している可能性が示された。
(4) そこで、ヘミセルロースを構成する多糖のうちグルカン、キシログルカン、アラビノキシランなどのうち、どの多糖類が変動しているかを検討した粘果、(1-3.1-4)-β-グルカンおよびアラビノキシランが変動量の大きいことを明らかにした。
(5) このうち、(1-3.1-4)-β-グルカンを分解するグルカナーゼ遺伝子の発現状況をノーザーンハイブリダイゼーション法により検討したところ桿強度の低下に対応してその発現が強くなることを認めた。
なお、量的に多いアラビノキシランの分解酵素であるキシラナーゼ遺伝子の発現あるいは時期、品種による発現の変動と桿強度、遺伝子発現の関係についてはさらに検討を継続する必要があることが指摘された。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】1996 - 1998

【配分額】7,900千円 (直接経費: 7,900千円)