共創 2 | 植物-微生物共生研究開発チーム (RIKEN BRC)

2022年2月21日研究コラム

農業生態系デジタル化研究から事業化に向けた共同研究を開始します

私たちがこれまで進めてきた農業生態系のデジタル化研究を社会に還元するプロジェクトを開始します。NTT西日本、福島大学、北海道大学、東京大学、筑波大学、大阪府立環境農林水産総合研究所、前川総研と事業化に向けた共同研究になります。このような取り組みは私たちにとって新たな挑戦であり、胸が高鳴る思いです。

ニュースリリースはこちらからご覧ください：
https://www.ntt-west.co.jp/news/2202/220221a.html

2022年2月15日研究コラム

第二回植物微生物シンバイオロジー協議会シンポジウム「植物微生物×オミクス」を開催しました

植物微生物シンバオロジー協議会にて、第二回植物微生物シンバイオロジー協議会シンポジウム「植物微生物×オミクス」をオンライン開催しました。

【プログラム】
13:30-13:35 開会の挨拶（理化学研究所　環境資源科学研究所センター・白須賢　副センター長）
13:35-14:05 【将来ビジョン】（東京大学・岩田洋佳　准教授）
14:05-14:25 【最先端研究】（京都大学・杉山暁史　准教授）
14:25-14:45 【最先端研究】（早稲田大学・細川正人　准教授）
14:45-15:00 休憩
15:00-15:30 【活動紹介】（農水省土づくりコンソーシアム・大倉一樹　課長）
15:30-15:50 【技術紹介】（株式会社生物技研・中野江一郎　代表取締役）
15:50-16:25 総合討論
16:25-16:30 閉会の挨拶（株式会社　前川総合研究所・篠崎聡　代表取締役）

【総合討論】

市橋：東大・岩田先生から、育種分野とマイクロバイオームを含む栽培分野を融合させるビジョンが示された。京大・杉山先生からマイクロバイオーム解析から有用微生物が単離された実学に近いケーススタディが示された。さらに早大・細川先生からシングルゲノミクス、生物技研・中野さんからロングリードについて、現行のマイクロバイオーム技術を凌駕する最先端技術が紹介された。農水省・大倉さんから日本の農業現場の現状と国の取り組み、土壌の生物性評価としてマイクロバイオーム等の解析が注目されていることが示された。以上のように、オミクスの情報から高解像度な情報が得られ、社会実装への期待感はある。しかし実際は課題が多くあるので、まだ実用化に至っていない。一方でアメリカはすでにマイクロバイオームでの土壌診断が行われ、ゲノム情報から新しい有用微生物を単離してシードコーティングして販売するといった種苗会社もある。日本の良さや期待感もあるなか、日本では今後どのような課題があるか？

岩田：データ解析をするためのリテラシーをあげていくことが重要。データ科学の単なるユーザーでなく、積極的にコミットしていくことが有意義である。

市橋：情報リテラシーを高めるために何が足りないか？仕組み上なのか、個人レベルの意識の問題なのか。

岩崎：両方わかる人材が必要だと言われ続けてきて、徐々に変わり始めている。多くの大学で情報系の研究を行うラボが増えてきた。

岩田：ネットで調べればデータ科学の技術が簡単に使えるようになり、浸透してきた。一方で、データ基盤のようなものがすごく強いわけではないので、そのあたりもやっていかなければならない。

市橋：COP15では遺伝資源のデジタル配列情報利用から得られる利益の国際的な配分について議論されているので、今後注目していくべき。

白須：細川先生のbitBiome社のように、ベンチャー企業がリードして、学生が興味を持ち、就職先があるということは大きい。一方で、日本では土壌微生物の確保がまだ弱い。杉山先生のように特定の微生物を取りに行くという方法論は成功しているが、海外のベンチャー企業では、大規模な微生物の確保とスクリーニングにより商品にしている。日本はその部分がまだ弱いし、一大学や研究機関が担当するのも厳しい。そのため、旧来の方法論ではなく、土壌やドロップレットとして微生物を集団で確保するなどの別次元の微生物保存の方向性が出てくると良いと思う。加えて分離した微生物集団から欲しい微生物だけを取り出す技術などをゲノム情報を利用した形で開発していく必要がある。

細川：微生物を単離して保存するという方法では限界があるので、微生物集団として保管するやり方や、管理制御する部分に新しいブレイクスルーが必要。新しいアイデアを出していきたい。

齋藤：農水省では過去にeDNAプロジェクトが実施され、現在はSIPやムーンショットで大規模にデータ取得がされている。そこでは、DNA等のオミクスデータとともに、いかに栽培関連のメタデータをセットで揃えてくるかが重要であり、土壌生物性の評価をどのように栽培の場面につなげていくか課題。新しい発想で切り込んでくれる人が、実際に農業現場で栽培している経験者と一緒に仕事をすることが必要。

南澤：土壌微生物の多様性の高さは常々指摘されてきた。ドロップレットの中で数回細胞分裂させた後に2つに分けて、1つは保存、1つはシーケンス…という技術ができると破壊的。また土壌微生物学の最大の弱点は「モノの流れ」を捉えられていないこと。農業は生産物をつくるプロセスであり、そこでは元素の流れがある。海外では成果が出やすい微生物の単離を大規模に進めているが、急がば回れで「モノの流れ」を捉えていくべきではないか。またオミクス研究をしているつもりが、いつの間にか一つの菌と一つの植物の相互作用になり、従来の研究の延長線をただオミクスを使ってやっているだけになってしまう。そのギャップが解けない理由として「モノの流れ」が分かっていないことがあり、「モノの流れ」を相互作用のサイエンスに結合できれば鬼に金棒。さいごに、社会実装は重要。科学者として世の中の人に役立つものを出していく努力が必要。本気でやって、国民に説明していかなければならない。

野村：微生物は共存する他個体や生育する環境によって個性が変わるため、「並び」が重要。そのため、対象から切り出さずに、なるべく対象のままを見ることが必要で、多様なイメージング技術を利用している。スマホにレーザーを搭載して土壌をリアルタイムにモニタリングすることは絵空事ではない。日本の農業現場の人たちにとって、土壌データが収益に直結しないと興味が示さないだろう。また現在では、短期的な収益だけでなく持続的な収益が着目されているため、気象条件をふまえた土壌分析、その土壌に合った作物のシミュレーション、病害が起きるリスク予測など、サイエンスに基づいた技術開発が大切。若手研究者用のグラント・ACT-X「環境とバイオテクノロジー」を進めており、研究費支援に加えて、アドバイザーと密に意見交換ができるヴァーチャルラボを構築している。
ぜひ多数の募集を：https://www.jst.go.jp/kisoken/act-x/research_area/ongoing/bunya2020-2.html

有江：農水省ではeDNAプロジェクトから続けて、ヘソディム、AIを活用した土壌病害診断技術開発のプロジェクトを実施しており、土壌の性状から病害の発生しやすさを高い確度で予測できる。WAGRIを介してオープンになる予定なので、横のつながりを構築してもらいたい。また従来は有用微生物の選抜が主流であるが、微生物の育種も必要。ここ20年で生物農薬の出荷額は1%ほどで、有機農業や特別栽培の農家に依存した販路のため、より良い処理方法や菌株の発見が必要。

二瓶：窒素の持続可能な利用について栽培法のみでは限界があり、微生物利用に期待。

倉田：16S rRNA遺伝子解析だけで微生物を十分に分類できるか気がかりだったが、最先端技術で解消されて嬉しく思う。一方で、解析した情報が蓄積しても、実際に土壌に適用する方策がまだ見えない。重要な微生物を単離・培養して接種するだけでは問題が解決しない。ましてや土壌微生物の場合は単離・培養できるのは極めて少ないので現実的ではない。微生物を土壌に適用する方法の確立が最も重要。微生物集団として活用する際の方法論も考えると良い。

篠崎：2年前に20名ほどからスタートして今は240名を超える参加者になった。他にはない幅広い分野の方々が集まっていただいたのが本協議会の特徴の一つであり、幅広い分野を横断でできる研究開発につなげたい。農水省みどりの食料システム戦略にはチャレンジできる課題が多数ある。コンソーシアムを組みながら研究開発を続けられる仕組みを作りたい。化学肥料を減らす等の環境問題と収量を確保することのバランスは難しいが不可能ではない。最先端技術で見える化した後にどうソリューションに繋げるかが重要であり、民間企業の仕事でもある。研究開発をしながら産官学連携が必要。

以上、聴講いただいた方からぜひ今回の議論に関係する情報提供をいただけると幸いです。本協議会では定期的にシンポジウムを開催する予定ですが、シンポジウム外でもディスカッションしたいという声があればお問い合わせください。

2021年11月25日研究コラム

チームリーダーがシスメックスとの技術交流会に参加しました

理化学研究所は、医療検査機器の国内メーカーであるシスメックスとの共創契約を始めています。
理研との共創契約のプレス発表（２０２０年１月３０日）
https://www.sysmex.co.jp/news/2020/200130.html
この枠組みからシスメックスと理研の技術交流会が11月に開催されました。この技術交流会では、シスメックスの開発者と理研のメディカル系の研究者・技術者が参加し、研究内容などのプレゼン交流、グループ討論を行って、技術マッチングや企業の開発マインドと理研の研究マインドの情報が共有されました。当チームの市橋は農学分野での研究開発を紹介する特別講演のスピーカーとして参加しました。
シスメックス・理研の若手研究者との交流から、医療と農学をつなぐ新たな研究領域を予感でき、有意義な時間を過ごすことができました。

2021年9月1日研究コラム

次世代型の農業ビジョンについてまとめたレポートが公表されました

私たちが目指す次世代型の農業ビジョンについて、調査季報「中部圏研究」のレポートで公表されました。
今回、本チームが進める国家プロジェクトでの研究開発について、第2回「農業の持続的生産とスマート農業」研究会にて発表させていただき、その内容をまとめてレポートで発表していただきました。
研究会に参加された農業経済の先生方から、「開発しようとしているデータ駆動型の技術により、日本農業における政策と現場のギャップを埋めることが期待される」と評価いただきました。

興味がある方、是非こちらからレポートを読んでいただければと思います：
http://criser.jp/research/kihou.html

2021年8月30日研究コラム

本チームの研究が肥料開発に貢献しました

2021年8月29日研究コラム

第一回植物微生物シンバイオロジー協議会シンポジウム「植物微生物×イメージング」を開催しました

植物微生物シンバオロジー協議会にて、第一回植物微生物シンバイオロジー協議会シンポジウム「植物微生物×イメージング」をオンライン開催しました。

＜プログラム＞
13:30-13:35 開会の挨拶（理化学研究所環境資源科学研究センター・白須賢副センター長）
13:35-14:05 【将来ビジョン】（龍谷大学農学部・別役重之准教授）
14:05-14:25 【最先端研究】（筑波大学・竹下典男准教授）
14:25-14:45 【最先端研究】（Salk Institute for Biological Studies・登達也研究員）
14:45-15:00 休憩
15:00-15:30 【活動紹介】（農業・食品産業技術総合研究機構・中島隆理事）
15:30-15:45 【技術紹介】（Leica・長利卓様）
15:45-16:00 【技術紹介】（Zeiss・佐藤康彦様）
16:00-16:25 総合討論
16:25-16:30 閉会の挨拶（株式会社前川総合研究所・篠崎聡代表取締役）

＜総合討論＞

市橋：NGS技術とイメージングは原理的に同じか？

登　：一部はその通り。例えば、illuminaのシーケンシングは高速でイメージングしている。今回紹介した空間トランスクリプトームは切片上でシーケンシングしている。イメージングしながらシーケンシングする未来が来るかも。

市橋：サツマイモ基腐病で症状が出ていない感染個体はPCRで検出しているのか？

中島：その通り。現時点でドローン画像により症状が出ている個体を検知する技術はあるが、症状が出ていない感染初期の個体をいかに検知するかが課題である。今回紹介されたようなイメージング技術は課題解決につながる可能性が高い。

市橋：制御された実験系で、症状が出ていない感染初期の個体を再現して、それを高解像度イメージングで見てみるというアプローチは植物病理分野で事例がありそうか？

別役：自分は遺伝子組換え生物を主に使っているので試していない。しかし、植物は抗菌化合物など、自家蛍光を出す様々な物質を持つので、蛍光寿命などの新しいイメージングにより、遺伝子組換え無しでも植物から様々なことがわかるだろう。

市橋：今回の登壇者が持つ技術や知見により、今まで捉えられていないような植物微生物の相互作用が最新のイメージングで「見る」ことができる、そういった未来がくるかもしれない。

白須：とても興味深い。農業で重要なのは自動化だ。自動サンプリングとモニタリング。例えば、自動で土をサンプリングして、LAMP法などで増幅して、in situでシーケンシングするとか。個々の技術はすでにあるので、やるかやらないかだ。中島理事がおっしゃる通り、これから入ってくる病原菌や進化した病原菌について早急にゲノムを読んで、リアルタイムで検出できるようにするといった、植物分野でのCDC（疾患対策予防センター）が必要だ。

市橋：植物以外での疾患を対象にイメージング技術がどう使われているか？

長利：STED（＊１）でウイルスや細菌が感染していく様子を観察したりする。組織切片だが、抗体ベースのCell Dive（＊２）を使うとマルチプレックスイメージングができる。

竹下：複雑な現象の中で、沢山データが出てきているが、一体何が起きているのかメカニズムがまだわからない。イメージングだけでも難しいだろう。

別役：イメージングの先にある相互作用のメカニズムを知るためには、一人では達成できない、様々なバックグランドを持つ人たちの協力体制が必要で、問題意識を共有していくことが大切だ。

市橋：HeSoDiM（＊２）を統括するお立場として、感想と若い方へのメッセージをお願いします。

吉田：土壌診断の基礎や応用において、新しい技術を使ったエビデンスが求められている。特に目で見えるということは説得力が大きい。こういった技術が応用面にも波及してほしい。若い方には、目的をしっかり整理した上で研究を進めてほしい。

市橋：次回はメカニズムに踏み込むための技術としてオミクスをテーマにシンポジウムを企画している。

篠崎：最先端のお話を聞かせていただき、また多くの参加者に集まっていただき、植物微生物学分野は多くの方にとって興味がある分野だと改めて感じた。植物微生物学はなかなか研究が進まなかった分野であるが、今回のイメージングといった技術進展により大きく展開しようとしている。今回、アカデミアからの出席が多いが、民間企業とのタイアップで本分野を進めていきたいと思っている。ぜひ企業側からも研究開発の初期から入っていただきたい。また農業の現場の声も聞きたいと思う。中島理事が紹介された「みどりの食料システム戦略（＊４）」はこの分野の目標になる。今後、様々なお立場の方からの協力をお願いしたい。また、今後本協議会で聞きたい話や試したいイベント企画を募集したいと思います。長時間にわたり、ご参加ありがとうございました。

参考URL：
＊１：https://www.leica-microsystems.com/jp/製品紹介/光学顕微鏡/p/cell-dive/
＊２：https://www.leica-microsystems.com/jp/製品紹介/共焦点顕微鏡/p/stellaris-sted/
＊３：http://jppa.or.jp/archive/pdf/69_11_68.pdf
＊４：https://www.maff.go.jp/j/kanbo/kankyo/seisaku/midori/index.html

2021年3月26日研究コラム

理研ハッカソンが開催されました

本チームが進めるSIPおよびMSプロジェクトメンバーとともに理研ハッカソンの農学セッションを開催しました。事前公開シンポジウムでは東京農工大・千葉学長、農研機構・林先生、東大・岩田先生に話題提供をしていただきました。ハッカソンではマルチオミクスデータを使ったデータ解析やデータベース構築、統合モデリングの検討を行いました。一週間があっという間に過ぎた有意義な時間となりました。ご参加していただいた皆様、大変お疲れさまでした。来年度はオンサイトできることを願っております。

理研ハッカソンについて：
https://www.riken.jp/pr/events/symposia/20210322_1/index.html

2021年1月4日研究コラム

チームリーダーが取りまとめた特集テーマがアグリバイオ誌2021年1月号に掲載されました

持続可能な農業を実現するためには環境保全と食料生産の両立が必須であり、植物微生物学からの貢献が期待されています。近年の技術進歩により、植物微生物研究は植物科学及び農学分野で大きな潮流の一つとなっております。そこで今回の特集テーマでは、若手中堅研究者で構成されたコミュニティー内で議論を重ね、本学術分野でホットトピックスを俯瞰できる構成にしました。さらに将来の日本の植物微生物学を担う新進気鋭の研究者に各論の執筆を担当していただきました。本特集号により植物微生物学の“今”を知っていただき、新たな行動を始めるきっかけになれば幸いです。

総論日本らしい植物微生物学／市橋泰範
植物微生物叢の学術研究のトレンド／登　達也・中野亮平
土壌圏の新たな微生物生態をあぶり出すメタトランスクリプトーム解析／増田曜子・伊藤英臣
植物微生物学の培養技術の現状と展望／菅野学・佐藤匠・亀岡啓
土壌・植物微生物叢の中で行われるマメ科植物の根粒共生／川原田泰之
植物病理学分野における土壌・植物微生物研究の現状と病害防除への応用展開／清水将文

アグリバイオ 2021年1月号はこちら：
http://hokuryukan-ns.co.jp/cms/books/%E3%82%A2%E3%82%B0%E3%83%AA%E3%83%90%E3%82%A4%E3%82%AA%E3%80%802021%E5%B9%B41%E6%9C%88%E5%8F%B7/