学術変革領域研究（Ａ）の公募研究の内容
領域番号： 24A206
プラズマ駆動種子記憶操作：プラズマが駆動する種子内分子動態の学理創成
領域略称名：プラズマ種子科学
領域設定期間：令和6(2024)年度～ 令和10(2028)年度
公募研究の期間：2年間，件数 (程度)：18
単年度当たりの 応募金額(1年間)：300万円
領域代表者：古閑 一憲， 所属機関：九州大学システム情報科学研究院
プラズマ駆動種子記憶操作： プラズマが駆動する種子内分子動態の学理創成
①領域の概要
植物は根ざした場所からの移動が困難であるため、環境の変化に対する高い適応能力を持ち、親が受けた環境の変化を種 子のDNA修飾に記憶として格納し次世代に受け継ぐ。例えば、温暖化による作物の収穫量減少は、高温によりストレスを受け た親世代の記憶が種子に格納されたことが原因の一つとなっている。低温プラズマは、電場・UV・荷電粒子に加えて高い化 学的反応性を持つ分子（活性種： NO3－イオン、HOやNO、H2O2、N2O5などの二次生成化合物など）を高いフラックスで生体にダメージを与えず照射可能であり、新しい植物成長促進法として注目を集めている。最近、親世代に高温ストレスを受けて収穫された種子への3分間の空気プラズマ照射が、種子内に保存された高温ストレスの記憶に関わるDNA修飾を変更し、発芽特性の改善を示すことを明らかにした。これらの結果は、植物の活動の時間スケールに比べて非常に短いプラズマ照射による物理・化学反応により、種子内に格納された記憶を選択的に改変することができることを示唆している。
本研究領域では、種子へのプラズマ照射による種子内DNA修飾の変動から着想を得た、「イオンや電場、UVを伴った活性種のどの様なプラズマ照射が、物理・化学過程を経て種子内部をいかに輸送し、なぜDNA修飾関連の分子動態（オミクス）を変え成長促進に至るのか。」という学術的問いを明らかする。学術的問いを明らかにするためのボトルネックとなっている、高再現かつ精密なプラズマ照射、種皮や細胞壁・細胞膜と細胞質における分子輸送の理解、プラズマ照射を起因としたDNA修飾の分子機構を明らかにし、これらを統合して理解するための物理モデル・化学反応ネットワークモデルを構築する。以上より、種子に眠る記 憶（DNA修飾）操作を目指す、「プラズマ種子科学」領域を構築する。
②公募する内容
公募研究への期待等 種子に照射したプラズマが駆動する種子内分子動態の学理を構築し、上述した学術的問いを明らかにするために設定した 研究項目の内容と公募研究への期待を以下に示す。
[A01 プラズマ班：活性種を自在に合成する学理の構築]
本研究領域では、低圧から大気圧までの広いガス圧力領域でのプラズマ照射を検討している。研究項目A01では、種子への プラズマ照射における再現性の向上と活性種の選択照射および種子への局所的な照射の実現を目指している。目的達成のた めには、複雑な分子性ガスの放電の物理と化学反応の理解が必須であると考える。期待する公募研究としては、活性種生成 制御の新原理を創成に資する研究、プラズマ内の電子挙動と活性種生成の詳細を明らかにする気相計測ならびに計算科学ア プローチによる幅広い解析に関する研究であり、プラズマ科学の分野に限らず広い学問分野からの研究者の参画を募る。>
[A02 種子班：種子内部に届ける学理の構築]
研究項目A02では、外環境と種子を隔てる種皮から種子内部の細胞壁・細胞膜、細胞核周辺の細胞質において、プラズマが 駆動する種子内部の物理・化学過程と分子輸送の理解と制御を目指している。期待する公募研究としては、種子表面から細 胞内部まで化学反応を伴う分子輸送を明らかにするための新機軸の計測、解析や理論モデル検討、種子の各組織を解析する 分子生物学的検討の研究である。その他に、細胞間の情報伝達や、分子輸送の理解を深めるためのモデル植物の研究も歓迎 する。
[A03 オミクス班：活性種を利用する学理の構築]
研究項目A03では、プラズマ照射を起因としたDNA修飾関連の分子機構から表現型にいたるオミクス変動の理解を基にした、 種子の記憶操作の学術基盤創成を目指している。期待する公募研究としては、原子・分子シミュレーションなどを用いた、 プラズマによるDNA修飾の物理モデルの構築に資する生物物理学からの参画を期待する。加えて、DNA修飾に関わるトランス オミクスとプラズマ中化学反応ネットワークを接続し統合化学反応ネットワーク構築するためのバイオインフォマティクス 研究等の参画を募る。加えて動物細胞よりも情報の少ないトランスオミクス内の分子動態を新たに発見するための研究、DNA 修飾変動以外のプラズマ照射による成長促進効果を検討するための研究の参画も期待する。
③公募する研究項目（研究項目番号と研究項目名）
A01 プラズマ班：活性種を自在に合成する学理の構築
A02 種子班：種子内部に届ける学理の構築
A03 オミクス班：活性種を利用する学理の構築