岡山大学 農学部

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農産物利用学

農産物利用学分野 (Postharvest and Crop Application)

農産物の利用・デザイン技術の開発

教員

  • 准教授: 赤木 剛士 Assoc. Prof. Dr. AKAGI Takashi
  • E-mail:takashia@(@以下はokayama-u.ac.jp を付けてください。)
  • 研究教授の称号を付与されています。
  • 専門分野:植物生理学・進化遺伝学・バイオインフォマティクス

主な研究テーマ

本研究室では、主に果実・花を用いて、農産物の価値に関与する様々な重要形質をあつかい、人為的にそれらの制御を行う技術の開発を目指している。主に、園芸作物の花器官における多様な「性決定・性表現」の制御機構や、果実の形状・生理障害に関する研究を行うとともに、ディープラーニング(AI)技術の適用による青果物の品質判断・嗜好性に寄与する要因の解明にも挑戦している。

園芸作物における「性決定」の多様性と制御

「性」の表現パターンは作物の栽培・育種の両面における最重要形質の一つである。しかし、植物の性決定機構はこれまでほとんど明らかになっていない。本研究では植物では初めて性決定遺伝子が発見された「カキ」をはじめとして、キウイフルーツやヒロハノマンテマを用いて、植物の柔軟で多様な性決定機構を解明し、人工的に性表現を改変する技術の開発を目指している。


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栽培ガキにおける柔軟な性表現への進化

果実の「形」を制御するメカニズム

果実の「形」は市場価値を決める大きな要因である。一方で、「形」は数値で表すのが難しく、その複雑な変化を説明する機構は明らかになっていない。本研究では多様な果実形状を持つカキにおいて、果実形状を数値で表す手法を開拓し、その変化に関わる要因を探索するため、様々なカキ品種から全遺伝子発現データを収集して、ゲノムワイドな観点からカキ果実の形状変化に関わる遺伝的因子の同定を目指している。


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カキ果実の多様な形状変化

AIによる作物の形質予測・ゲノム/遺伝子進化解析

ディープラーニング(深層学習)は経験知・暗黙知と呼ばれる「熟練者が経験によって得た判断力」を機械学習によって再現するものであり、近年のAI技術を代表するものである。本研究ではこれを応用して、果実作物における内部障害の初期予測や、嗜好性・価値基準の予知、さらに、膨大なゲノムデータに展開した遺伝子発現パターン予測などを可能にしている。さらに説明可能なAI(X-AI)と呼ばれるAIの判断理由を可視化するツールを活用し、人とAIの協働研究を確立した解析を目指していく。


AIはゲノム情報からトマト果実における成熟遺伝子の発現パターンと鍵DNA配列を見抜く。

研究業績リスト

  • Akagi, T., et al.: A Y-chromosome–encoded small RNA acts as a sex determinant in persimmons. Science 346, 646-650 (2014).
  • Akagi, T., et al.: Epigenetic regulation of the sex determination gene MeGI in polyploid persimmon. Plant Cell 28, 2905-2915 (2016).
  • Akagi, T., et al.: A Y-encoded suppressor of feminization arose via lineage-specific duplication of a cytokinin response regulator in kiwifruit. Plant Cell 30, 780-795 (2018).
  • Yang, H-W., et al.: Gene networks orchestrated by MeGI: a single‐factor mechanism underlying sex determination in persimmon. Plant J. 98:97-111 (2019)
  • Akagi, T., et al; Two Y-chromosome-encoded genes determine sex in kiwifruit. Nature Plants 5, 801-809 (2019)
  • Akagi, T. & Charlesworth, D.; Pleiotropic effects of sex-determining genes in the evolution of dioecy in two plant species. Proc Royal Soc B. rspb.2019.1805 (2019)
  • Akagi, T., et al; The persimmon genome reveals clues to the evolution of a lineage-specific sex determination system in plants. PLoS Genet. 16, e1008566 (2020)
  • Akagi, T., et al; Explainable deep learning reproduce a “professional eye” on the diagnosis of internal disorders in persimmon fruit. Plant Cell Physiol. 61, 1967-1973 (2020)
  • Numaguchi, K., et al; Interspecific introgression and natural selection in the evolution of Japanese apricot (Prunus mume). Plant J. 104, 1551-1567 (2020)
  • Masuda, K., et al; Reinvention of hermaphroditism via activation of a RADIALIS-like gene in hexaploid persimmon. Nature Plants 8, 217-224 (2022)
  • Akagi, T., et al; Genome-wide cis-decoding for expression design in tomato using cistrome data and explainable deep learning. Plant Cell 34, 2174–2187 (2022)
  • Henry, I.M., Akagi, T., Tao, R., and Comai, L.: One hundred ways to invent the sexes: theoretical and observed paths to dioecy in plants. Ann. Rev. Plant Biol. 69, 553-575 (2018).
  • 赤木剛士. 「植物の性」. 遺伝子から解き明かす- 性の不思議な世界. (田中実 編著, 一色出版)(2019)
  • 卒業生・修了生進路