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植物気候フィードバック 第二期 公募研究 案内

領域略称名:BVOC気候調節

領域番号:23A401

第二期公募研究の期間:令和5(2023)年度~令和9(2027)年度

応募締切:2025年9月17日(水)

① 領域の概要

 大気中CO2濃度の急激な上昇及びそれに伴う気候変動によって、多くの野生動植物や農作物に深刻な影響が生じている。気候変動に対する生物の応答のなかでも顕著な兆候は、芽吹きや開花時期など季節的活動(フェノロジー)に生じる変化であり、このまま温暖化が進行すると生物の生存や繁殖の限界を超え絶滅リスクが高まることが危惧されている。一方で、植物は気候から影響を受けるだけでなく、大気の組成や気候を改変するフィードバック効果を発揮する。植物の葉や花から放出される揮発性有機化合物(BVOCs: biogenic volatile organic compounds)は、森の香りを生み出すとともに、エアロゾル生成を介して太陽放射収支や降雨量を左右することや、対流圏のオゾン生成にも寄与することが明らかとなっている。BVOC放出量は日周性や季節性を示すフェノロジー形質の一つであり、その季節的挙動が将来の地球環境に重要な影響を及ぼすことは間違いない。しかし、植物の季節活動と気候との動的なフィードバックの解明には、データ不足やBVOC放出から大気反応過程に存在する高い不確実性など、突破すべき課題が多く残されている。

 本研究領域では、数理生物学・植物分子生物学・生態学・大気化学・気候シミュレーション分野の融合により新分野「植物気候フィードバック」を創出することで、植物の季節活動と気候との動的なフィードバックを遺伝子レベルから解明することに挑戦する。本目的を達成するために、計画研究において研究項目【制御メカニズム】と【フィードバック】を設置した。【制御メカニズム】では、BVOC放出や開花・展葉など植物フェノロジーを支配する遺伝子制御メカニズムで明らかにし、気候変動への植物個体の応答を予測するモデル開発を行う。【フィードバック】では、植物個体レベルの応答を集団・広域レベルへとスケールアップするための観測技術と気候予測モデルの開発を行う。異なるスケールを対象とする研究項目を統合し、遺伝子・個体・集団・広域レベルの観測データと予測結果を結びつける共同スキームを構築するために、総括班に植物気候融合センターを設置し、先端計測、モデリング、野外調査支援など強力な組織的バックアップのもと異分野融合を進める。

② 公募する内容、公募研究への期待等

 本研究領域の研究対象は遺伝子から生態系、気候まで非常に広範囲に及び、得られる多階層データ分析に関しても多角的な手法が必要とされる。したがって総括班と計画研究ではカバーしきれない領域を、公募研究の参画によって一層充実させることが重要である。計画研究との有機的連携による相乗効果を期待し、以下の研究を例として公募研究を募集する。これらに限定せず、必要に応じて計画研究との有機的連携による相乗効果を期待できる公募研究を幅広く募集する。BVOC以外の分子や多様な植物種や地域を対象にした研究も歓迎する。

 

【A01『実験・観測系(生物系)』】

気候変動に対する植物フェノロジー変化とストレス耐性の観測と制御メカニズムを解明する研究、BVOCに関連するテルペン系化合物や低分子フェノール等の生合成遺伝子やメタンを含むBVOC類の蓄積・放出に関連する分子機構の研究、遺伝子発現の動的変化を考慮した生物間相互作用と生態系の分析、古気候・古生物学的研究に植物気候フィードバックのコンセプトを取り入れた研究などをターゲットに合計7件募集する。

【B01『実験・観測系(生態系・大気科学・気候)』】

BVOC以外の分子によって駆動される植物気候フィードバックを扱う研究、自動遠隔観測システムなど新規デバイスを用いた生態系観測(種同定・バイオマス・フェノロジー観測など)、BVOCやエアロゾル計測を高度化する技術開発などの研究を対象に合計6件募集する。

 

【C01『情報解析・数理モデリング系』】

多階層・高次元の大規模データ解析を行うための新手法開発、遺伝的多様性を考慮した新しい生物多様性モデルの開発、植物と気候とのフィードバックを数理モデル化し将来を予測する理論的研究などを対象に合計5件募集する。データ解析やモデリングを主のアプローチとする本項目は、実験経費の必要がないため応募の上限額を他項目よりも低く設定し200万とした。

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Area Abbreviation: BVOC Climate Regulation

Area Number: 23A401

Period of the Second Phase of Publicly Offered Research: FY2023 (Reiwa 5) – FY2027 (Reiwa 9)

Application Deadline: Wednesday, September 17, 2025

① Overview of the Research Area

The rapid increase in atmospheric CO₂ concentration and the resulting climate change are having serious impacts on many wild species and crops. Among the biological responses to climate change, one of the most evident signs is the alteration of seasonal activities (phenology), such as the timing of budburst and flowering. Continued global warming is feared to exceed the limits of survival and reproduction for many organisms, increasing their risk of extinction. On the other hand, plants not only respond to climate conditions but also exert feedback effects that alter atmospheric composition and climate.

 

Biogenic volatile organic compounds (BVOCs), emitted from plant leaves and flowers, are known to produce forest scents, influence solar radiation balance and precipitation through aerosol formation, and contribute to ozone generation in the troposphere. The emission of BVOCs is a phenological trait exhibiting daily and seasonal patterns, and there is no doubt that their seasonal behavior will have a significant impact on the future global environment. However, the elucidation of the dynamic feedback between plant seasonal activities and climate faces numerous challenges, such as a lack of data and high uncertainties in the atmospheric chemical processes involved in BVOC emission and reaction.

 

This research area aims to pioneer a new interdisciplinary field, Plant–Climate Feedback, by integrating mathematical biology, plant molecular biology, ecology, atmospheric chemistry, and climate simulation. The ultimate goal is to unravel the dynamic feedbacks between plant seasonal activities and climate at the genetic level.

 

To achieve this, two main research themes have been established within the planned research projects: [Control Mechanisms] and [Feedback].

 

  • The [Control Mechanisms] theme focuses on elucidating the genetic control mechanisms behind plant phenology, such as BVOC emissions, flowering, and leaf development, and on developing models to predict plant responses to climate change.

  • The [Feedback] theme aims to develop observation technologies and climate prediction models to scale up individual plant responses to the population and regional levels.

 

 

To integrate these research themes operating at different scales, a Plant–Climate Integration Center will be established within the core team. This center will promote interdisciplinary collaboration through strong organizational support in advanced measurements, modeling, and field surveys.

② Call for Proposals and Expectations for Open Research Projects

This research area spans a wide range of subjects—from genes to ecosystems and climate—necessitating multifaceted analytical approaches to the multilevel data obtained. It is therefore essential to enhance the research area with open research projects to cover domains beyond the scope of the core team and planned research.

 

We invite proposals for open research projects that will generate synergistic effects through active collaboration with the planned research. The following are examples of the types of research we seek; however, proposals are not limited to these examples, and we welcome a wide range of studies as long as they can contribute to the area through organic collaboration with the planned projects. Studies targeting molecules other than BVOCs, as well as those focusing on diverse plant species or regions, are also encouraged.

[A01: Experimental/Observational Studies (Biological Sciences)]

We are calling for a total of 7 projects in this category, including:

    •    Studies to elucidate phenological changes and stress tolerance in plants under climate change,

         and their control mechanisms

    •    Research on the biosynthetic genes of BVOC-related compounds such as terpenoids and

         low-molecular-weight phenols, as well as molecular mechanisms involved in the accumulation and

         emission of BVOCs including methane

    •    Analyses of interspecies interactions and ecosystems considering dynamic changes in gene expression

    •    Studies incorporating the concept of plant–climate feedback into paleoclimate and paleobiological research

 

[B01: Experimental/Observational Studies (Ecosystem, Atmospheric Science, Climate)]

We are calling for a total of 6 projects, including:

    •    Research on plant–climate feedback driven by molecules other than BVOCs

    •    Ecosystem observation using new devices such as automated remote monitoring systems

         (e.g., species identification, biomass and phenology observations)

    •    Development of advanced measurement techniques for BVOCs and aerosols

 

[C01: Data Analysis and Mathematical Modeling]

We are calling for a total of 5 projects, including:

    •    Development of new methodologies for the analysis of large-scale, high-dimensional, multi-layered data

    •    Development of new biodiversity models incorporating genetic diversity

    •    Theoretical studies modeling the feedback between plants and climate to predict future scenarios

 

Since this category primarily involves data analysis and modeling and does not require significant experimental costs, the maximum grant amount per project has been set lower than in other categories, at 2 million yen.

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© 2024 Plant Climate Feedback

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