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中村 進一*; 近藤 ひかり*; 鈴井 伸郎; 尹 永根; 石井 里美; 河地 有木; 頼 泰樹*; 服部 浩之*; 藤巻 秀
Molecular Physiology and Ecophysiology of Sulfur, p.253 - 259, 2015/00
被引用回数：3 パーセンタイル：70.56(Plant Sciences)Glutathione is a sulfur-containing peptide involved in various aspects of plant metabolism. Glutathione is also known to have effects on heavy metal responses in plants. In our previous work, we have found glutathione, applied to roots site- specifically, inhibited cadmium (Cd) translocation from roots to shoots and Cd accumulation in shoots in oilseed rape plants. In addition, we succeeded in visualizing inhibition of root-to-shoot translocation of Cd by using a positron-emitting tracer imaging system (PETIS). In this work, the effects of glutathione concentration in the root zone (hydroponic solution) and the glutathione treatment period on Cd partitioning in oilseed rape plants were investigated. Our experimental results demonstrated that glutathione, exceeding a certain concentration in the root zone, is needed to trigger inhibition of Cd translocation, and that treatment time from the start of glutathione application had different effects on Cd partitioning in oilseed rape plants.
中村 進一*; 鈴井 伸郎; 長坂 俊紀*; 小松 史弥*; 石岡 典子; 伊藤 小百合*; 河地 有木; 頼 泰樹*; 服部 浩之*; 茅野 充男*; et al.
Journal of Experimental Botany, 64(4), p.1073 - 1081, 2013/02
被引用回数：57 パーセンタイル：87.25(Plant Sciences)This study investigated the effects of the reduced form of glutathione (GSH) applied to specific organs (source leaves, sink leaves, and roots) on cadmium (Cd) distribution and behaviour in the roots of oilseed rape plants (
) cultured hydroponically. The translocation ratio of Cd from roots to shoots was significantly lower in plants that had root treatment of GSH than in control plants. GSH applied to roots reduced the Cd concentration in the symplast sap of root cells and inhibited root-to-shoot Cd translocation via xylem vessels significantly. GSH applied to roots also activated Cd efflux from root cells to the hydroponic solution. Inhibition of root-to-shoot translocation of Cd was visualized, and the activation of Cd efflux from root cells was also shown by using a positron-emitting tracer imaging system (PETIS). This study investigated a similar inhibitory effect on root-to-shoot translocation of Cd by the oxidized form of glutathione, GSSG. Inhibition of Cd accumulation by GSH was abolished by a low-temperature treatment. Root cells of plants exposed to GSH in the root zone had less Cd available for xylem loading by actively excluding Cd from the roots. Consequently, root-to-shoot translocation of Cd was suppressed and Cd accumulation in the shoot decreased.
Cd absorption and accumulation between transgenic tobacco plants and control plants中村 進一*; 鈴井 伸郎; 石井 里美; 河地 有木; 石岡 典子; 頼 泰樹*; 服部 浩之*; 茅野 充男*; 藤巻 秀
JAEA-Review 2011-043, JAEA Takasaki Annual Report 2010, P. 96, 2012/01
Phytoremediation is one of good technique to recover Cd from contaminated soils. To make this technique more effective, it is necessary to understand the mechanism of Cd dynamics and control them. It is known that Cd movement in the plant body is similar to zinc (Zn) movement. However, these mechanisms are not fully understood so far. In this work, we compared Cd absorption and accumulation between control tobacco plants and transgenic tobacco plants, which were transform with zinc transporter genes, by using positron emitting tracer imaging system (PETIS) and Cd. We succeeded to obtain fine serial images of Cd absorption and accumulation in tobacco plants, but there was no difference in Cd absorption and accumulation between transgenic tobacco plants and control plants. In previous experiments using non-radioactive Cd, Cd content in transgenic plants was 1.2 times higher than that in control plants. However, the PEITIS results indicated that such differences were not identified clearly in serial images obtained by PETIS experiments. Because PETIS experiments were performed in low Cd condition (0.1 
M), we supposed that Cd concentration might have a significant impact on these results.
Cd accumulation in oilseed rape plants treated with glutathione中村 進一*; 鈴井 伸郎; 伊藤 小百合*; 河地 有木; 石岡 典子; 頼 泰樹*; 服部 浩之*; 茅野 充男*; 藤巻 秀
JAEA-Review 2010-065, JAEA Takasaki Annual Report 2009, P. 104, 2011/01
Glutathione (GSH) is involved in many aspects of metabolism. In our previous work, GSH concentration in the phloem sap collected from oilseed rape plants increased by Cd treatment. These results suggested that GSH might be playing important roles in controlling Cd long-distance transport and accumulation in plants. In this work, we investigated effects of GSH to Cd long-distance transport and accumulation by using positron emitting tracer imaging system (PETIS). After setting two week old oilseed rape plants in the chamber, PETIS experiments were started by adding purified Cd in the nutrient solutions which were including GSH. As a result, we succeeded to obtain images of Cd accumulation in these plants. Cd signals were observed in the shoot and root of oilseed rape plants. In the shoot, Cd accumulation was inhibited by GSH treatment. However, we could not see any difference in the Cd accumulation in the root of oilseed rape plants. Further research enables us to understand effects of GSH on Cd long-distance transport and accumulation.
Cd translocation in Tobacco plants中村 進一*; 鈴井 伸郎; 石岡 典子; 河地 有木; 伊藤 小百合; 服部 浩之*; 茅野 充男*; 藤巻 秀
JAEA-Review 2009-041, JAEA Takasaki Annual Report 2008, P. 103, 2009/12
Tabacco plant is one of model plants which enable us to manipulate its gene expression, it is expected to create crop plants with low Cd content in the future. In this study, we visualized Cd dynamics in tobacco plant. Tobacco plants (
) were grown hydroponically in a growth chamber where the growth conditions of plants were controlled completely for two weeks after sowing. After setting plants in the chamber, PETIS experiments were started by adding purified Cd in nutrient solutions. Time-series images of the Cd distribution were obtained with the PETIS apparatus. Each image was obtained every four minute for 36 hours. We succeeded to obtain fine serial images of Cd transport and accumulation in tobacco plants. Strong Cd signals were observed in the roots of tobacco plants. We also could see strong signals of Cd in the stems. In leaves, Cd signals were distributed thoroughly. The pattern of Cd signal distribution in the tobacco plants was similar to that in oilseed plants). These results demonstrated that dicotyledonous plants had the similar pattern of Cd distribution when plants were treated at low concentration of Cd.
中村 進一*; 鈴井 伸郎; 石岡 典子; 河地 有木; 伊藤 小百合; 頼 泰樹*; 服部 浩之*; 茅野 充男*; 藤巻 秀
Proceedings of 16th International Plant Nutrition Colloquium (IPNC-16) (Internet), p.1181_1 - 1181_2, 2009/04
Reduction of cadmium (Cd) accumulation in farm products has become more and more important in order to produce them in a safe and sustainable manner. It is necessary to elucidate mechanisms of Cd distribution in plants. However, these mechanisms are not fully understood. The purpose of our work is to clarify these mechanisms by visualizing Cd absorption, transport and accumulation non-invasively using positron-emitting tracer imaging system (PETIS). Cd (half-life: 6.5 hr) was used as a positron-emitting tracer in the PETIS experiments. We succeeded to obtain serial images of cadmium distribution in oilseed rape plants (
L.). Strong Cd signals were observed in the basal region of the shoot. We also could see strong signals in the node of oilseed rape plants. Cd distribution in oilseed rape plants will be discussed quantitatively using the results from PETIS experiments.
Cd translocation in oilseed rape plants treated with different Cd concentrations鈴井 伸郎; 藤巻 秀; 石岡 典子; 河地 有木; 松橋 信平; 服部 浩之*; 茅野 充男*; 中村 進一*
JAEA-Review 2008-055, JAEA Takasaki Annual Report 2007, P. 112, 2008/11
Cadmium (Cd) is one of toxic heavy metal element. In order to decrease Cd accumulation in these products, it is necessary to elucidate mechanisms of Cd long-distance transport in the plant body. In this research, we tried to elucidate mechanisms of Cd long-distance transport by visualizing Cd transport in the plant body using positron emitting tracer imaging system (PETIS) and Cd. Oilseed rape plants (Brassica napus L.) were grown hydroponically for two weeks after sowing. In this PETIS experiment, different concentrations of Cd (0.1 M and 10 M) were added as a carrier to hydroponic solutions. 0.1 M is comparable to the Cd concentration in the soil solution from non Cd-polluted soils. 10 M is comparable to the toxic Cd concentration for oilseed rape plants. As a result, the pattern of Cd accumulation in the oilseed rape plants was similar in the different Cd concentrations (0.1 M and 10 M). These results indicate that in early stages, Cd concentration in the hydroponic solution do not have effects on Cd absorption in the root systems.
中村 進一*; 秋山 智恵子*; 渡辺 明夫*; 服部 浩之*; 藤巻 秀; 鈴井 伸郎; 石岡 典子; 松橋 信平; 茅野 充男*
no journal, ,
植物により、土壌中に蓄積したカドミウム(Cd)を効果的に除去するためには植物が根から吸収したCdを効率的に地上部へと移行させる必要がある。Cdの地上部への輸送は主に導管経由であると考えられることから、本研究では導管に存在するタンパク質に着目し、導管におけるCdの輸送機構の解明を目指した。供試植物としてはアブラナを用いて、水耕液中に塩化カドミウムを添加することで植物体にCd処理(10M, 30M)を行った。各植物体より導管液を採取し、導管液タンパク質のCd処理に対する応答を調べた。採取した導管液中のタンパク質濃度をBradford法により測定すると18g/mLであり、Cd処理によっても導管液中に存在するタンパク質の濃度に変化は見られなかった。SDS-PAGEによりタンパク質を分離後、銀染色法により検出するとアブラナ導管液中には根、葉、葉柄、篩管液中とは異なる組成でタンパク質が存在することが確認できた。導管液タンパク質にはCd処理に応答するものの存在が確認できた。分子量20kDa, 45kDaのものはCd処理により存在量が増加し、分子量60kDaのタンパク質はCd処理によりその存在量が減少していた。これらのタンパク質については構造やカドミウム結合性に関しての解析を行う予定である。
鈴井 伸郎; 中村 進一*; 藤巻 秀; 松橋 信平; 服部 浩之*; 茅野 充男*
no journal, ,
カドミウム(Cd)のファイトレメディエーションを効率的なものにするためには、植物体の地上部により多くのCdを蓄積させる必要があり、そのためには植物体内のCdの長距離輸送を制御することが重要である。このようなCdの長距離輸送には維管束組織である導管・篩管中に存在するタンパク質の関与が考えられる。本発表では特に篩管液中に存在するタンパク質のCd応答性について報告する。供試植物としてはセイヨウアブラナ( L.)を用いた。播種後約3か月の植物体に30Mの濃度のCd処理を行った。48時間のCd処理後、蕾下部を切断し、篩管液を採取した。この篩管液に含まれるタンパク質を2次元電気泳動法で分離し、銀染色法により検出される各タンパク質の組成をCd処理区/無処理区の間で比較を行った。その結果、Cd処理により存在量が増加するスポットが3つ確認された。これらのスポットについて、トリプシン消化を行い、そのペプチド混合物を質量分析により測定し、データベース検索するPeptide mass fingerprinting解析を行ったところ、候補となる遺伝子配列が得られた。
中村 進一*; 鈴井 伸郎; 石岡 典子; 松橋 信平; 服部 浩之*; 茅野 充男*; 藤巻 秀
no journal, ,
Cdの地上部への移行と蓄積には、植物のさまざまな生育条件が影響を及ぼすと考えられる。本研究では生育条件の中でも栄養条件に着目し、実験を行った。供試作物としてはソルガムを用い、硝酸,リン酸,塩素などを通常の水耕栽培時の5倍の濃度で植物に投与する条件で栽培し、0.1MのCd処理を2.5週間行い、それらの植物のCd吸収・移行を調べたところ、塩素添加区の植物の地上部へのCd蓄積濃度は通常のCd処理区の約1.5倍であった。PETISによる実験結果では、塩素添加区の植物では通常のCd処理区の植物に比べて、地上部にCdが短時間で到達する様子を観察することができた。
中村 進一*; 鈴井 伸郎; 石岡 典子; 河地 有木; 松橋 信平; 服部 浩之*; 茅野 充男*; 藤巻 秀
no journal, ,
農作物へのカドミウムの蓄積を抑制するためには、高等植物におけるカドミウムの長距離輸送機構を解明し、それらを制御する必要がある。しかし、これまでの研究では植物におけるカドミウムの長距離輸送のメカニズムは十分に明らかになっていない。そこで本研究では、プラナー型ポジトロン放出核種画像化システム(PETIS)を用いて、高等植物におけるカドミウムの吸収・移行・蓄積の動態を画像化し、それらを解析することにより、その機構の解明を目指した。実験材料には約2週間水耕栽培したアブラナを用いた。アブラナが根から吸収したCdは実験開始後、数時間で地上部に到達することを確認できた。地上部へのシグナルの到達時間は根圏に存在するカドミウムの濃度によって変化することがわかった。また、根圏におけるCdのシグナルの変化をモニタリングすることに成功した。根圏におけるシグナルの変化(減少)は地上部におけるCdのシグナルの増加と相補的な関係にあった。根,茎,葉の各器官より抽出したTACの解析を行ったところ、それぞれの器官におけるカドミウムの移行・蓄積のパターンは器官ごとに異なっていた。
L.)中村 進一*; 鈴井 伸郎; 長坂 俊紀*; 石岡 典子; 河地 有木; 松橋 信平; 服部 浩之*; 茅野 充男*; 藤巻 秀
no journal, ,
We investigated effects of GSH to Cd transport and accumulation when GSH was administered to specific organs. Plants were grown hydroponically in a green house and were treated with Cd and GSH. After 2-day treatment, we visualized Cd movement in plants using the position-emitting tracer imaging system (PETIS). Reduction of Cd transport and accumulation by GSH, administered to roots, was also confirmed by serial images of Cd movement, obtained by PETIS. Our results demonstrated that effects of GSH to Cd transport and accumulation in the plants were different in the organs where GSH was administered.
中村 進一*; 服部 浩之*; 茅野 充男*; 鈴井 伸郎; 石岡 典子; 河地 有木; 松橋 信平; 藤巻 秀
no journal, ,
植物にとって有害な物質を液胞に隔離する生理活性物質グルタチオン(GSH)が植物のCd輸送に及ぼす影響を調べた。まず、アブラナの根にGSH(1mM)を処理したところ、地上部へのCd蓄積量が通常のCd処理を行った植物に比べて、約20%に減少していた。この時、地下部におけるCdの蓄積量には有意な差は見られなかった。さらにGSH処理した植物のCdの動態をPETISにより可視化したところ、GSH処理によって植物体の地上部へCdの移行が抑制されていることを確認することができた。これらの結果より、根へのGSH処理は、植物体の地上部へのCdの移行を選択的に抑制することが明らかになった。
中村 進一*; 工藤 順一*; 鈴井 伸郎; 河地 有木; 伊藤 小百合; 石岡 典子; 伊藤 正志*; 川本 朋彦*; 松本 眞一*; 小玉 郁子*; et al.
no journal, ,
本研究では、プラナー型ポジトロン放出核種画像化システム(PETIS)を用いて、Cdの吸収・移行特性が異なる2品種のイネにおけるCdの動態を画像化し、それらを解析することにより、その機構の解明を目指した。実験材料にはCdを地上部に多く蓄積する品種の「長香穀」と日本型標準品種である「日本晴」を用いた。植物の根にポジトロン放出核種のCdを投与した後、Cdより放出されるポジトロンの消滅位置の2次元分布を連続的に得ることにより植物体内におけるCdの移行・蓄積を可視化した。その結果、「長香穀」と「日本晴」の地上部へのCdシグナルの蓄積のパターンにおいて明らかな違いが確認された。
中村 進一*; 工藤 順一*; 鈴井 伸郎; 河地 有木; 伊藤 小百合; 石岡 典子; 伊藤 正志*; 川本 朋彦*; 松本 眞一*; 小玉 郁子*; et al.
no journal, ,
コメへのカドミウム(Cd)の蓄積を抑制するためには、イネにおけるCdの長距離輸送機構を解明し、それらを制御する必要がある。しかし、これまでの研究ではそのメカニズムは十分に明らかになっていない。そこで本研究では、Positron Emitting Tracer Imaging System(PETIS)を用いて、Cdを地上部に多く蓄積する品種イネ「長香穀」におけるCdの動態を画像化し、それらを解析することにより、その機構の解明を目指した。PETISにより得られた画像データより根,葉鞘基部,葉などの部位からCdのシグナルの経時変化であるTime-Activity Curve(TAC)を抽出し、Cd動態の品種間差の解析を試みたところ、イネが根から吸収したCdは実験開始後、数時間で地上部に到達することが確認された。植物体の各部位から抽出したTACの解析を行ったところ、地上部へのCdシグナルの蓄積のパターンは「長香穀」と対照品種「日本晴」では明らかに異なっていることが確認できた。
中村 進一*; 鈴井 伸郎; 伊藤 小百合; 河地 有木; 石岡 典子; 頼 泰樹*; 服部 浩之*; 茅野 充男*; 藤巻 秀
no journal, ,
本発表では、植物の根に投与したグルタチオン(GSH)が地上部へのCdの移行・蓄積を抑制する現象の分子メカニズムを解明することを目指して、根におけるカドミウムの挙動を調べた実験の結果を報告する。実験には改変ホグランド液で水耕栽培をしたアブラナ(品種:農林16号)を用いた。植物体のCd処理は10Mの濃度で2日間とし、GSH処理区では水耕液に1mMの濃度でGSHを添加した。処理後、収穫した根より、遠心分離法を用いて、セルサップを回収した。セルサップのCd濃度はフレームレス原子吸光法により測定した。各処理を行った植物のCdの吸収・移行・蓄積の様子はポジトロン放出核種イメージング技術(PETIS)を用いて、モニタリングし、その動態を比較することを試みた。セルサップの分析結果より、GSH添加区では対照区に比べて、シンプラスト、アポプラストにおけるCdの存在量が、それぞれ有意に減少していた。一方、収穫した根に蓄積したカドミウムの総量には有意な差は見られなかった。これらの結果は、GSHは根が吸収したCdのシンプラストにおける存在量を減らすことで、導管へのCdの積み込みを抑え、地上部へのCdの移行・蓄積を抑制していることを示唆している。PETISの実験では、根においてCdが吸収される様子を可視化することに成功した。画像解析の結果、GSHは根圏からのCdの吸収にも影響を及ぼしていることが確認できた。
中村 進一*; 鈴井 伸郎; 長坂 俊紀*; 伊藤 小百合; 河地 有木; 石岡 典子; 服部 浩之*; 茅野 充男*; 藤巻 秀
no journal, ,
In our previous work, responses of GSH in sieve tubes to Cd treatment were investigated. These results suggested that GSH might be playing important roles in controlling Cd movement in plants. In this work, effects of GSH to Cd transport and accumulation were investigated when GSH was administered to specific organs. Plants were grown hydroponically in a green house and were treated with Cd and GSH. After 2D treatment, Cd content in their shoots and roots were measured. We employed PETIS (Position Emitting Tracer Imaging System) to visualize Cd movement in plants and analyzed the dynamics with the obtained image data. Cd content in the shoots was drastically reduced when their roots were treated with GSH. However, Cd content in the shoots increased slightly when sink-leaves were treated with GSH. Reduction of Cd transport and accumulation by GSH, administered to roots, was also confirmed by serial images of Cd movement, obtained by PETIS. Our results demonstrated that effects of GSH to Cd transport and accumulation in the plants were different in the organs where GSH was administered.
中村 進一*; 工藤 順一*; 頼 泰樹*; 服部 浩之*; 茅野 充男*; 鈴井 伸郎; 伊藤 小百合; 河地 有木; 石岡 典子; 藤巻 秀; et al.
no journal, ,
本研究では、プラナー型ポジトロン放出核種画像化システム(PETIS)を用いて、Cdの吸収・移行特性が異なる2品種のイネにおけるCdの動態を画像化し、それらを解析することにより、その機構の解明を目指した。実験材料にはCdを地上部に多く蓄積する品種の「長香穀」と日本型標準品種である「日本晴」を用いた。植物の根にポジトロン放出核種のCdを投与した後、Cdより放出されるポジトロンの消滅位置の2次元分布を連続的に得ることにより植物体内におけるCdの移行・蓄積を可視化したところ、長香穀における地上部へのCdシグナルの蓄積量が、日本晴と比較して数倍高い結果が得られた。
中村 進一*; 長坂 俊紀*; 頼 泰樹*; 服部 浩之*; 茅野 充男*; 鈴井 伸郎; 伊藤 小百合; 河地 有木; 石岡 典子; 藤巻 秀
no journal, ,
本発表では、植物の根に投与したグルタチオン(GSH)が地上部へのカドミウム(Cd)の移行・蓄積を抑制する現象の分子メカニズムを解明することを目指して、根におけるカドミウムの挙動を調べた実験の結果を報告する。供試植物としてアブラナを用い、Cd処理は10Mの濃度で2日間とし、GSH処理区では水耕液に1mMの濃度でGSHを添加した。処理後、収穫した根より、遠心分離法を用いて、セルサップを回収した。セルサップのCd濃度はフレームレス原子吸光法により測定した。各処理を行った植物のCdの吸収・移行・蓄積の様子はポジトロン放出核種イメージング技術を用いて、モニタリングし、その動態を比較することを試みた。セルサップの分析結果より、Cd添加区では対照区に比べて、シンプラスト,アポプラストにおけるCdの存在量が、それぞれ有意に減少していた。一方、収穫した根に蓄積したカドミウムの総量には有意な差は見られなかった。これらの結果は、GSHは根が吸収したCDのシンプラストにおける存在量を減らすことで、導管へのCdの積み込みを抑え、地上部へのCdの移行・蓄積を抑制していることを示唆している。PETISの実験では、根においてCdが吸収される様子を可視化することに成功した。画像解析の結果、GSHは根圏からのCdの吸収にも影響を及ぼしていることが確認できた。
中村 進一*; 鈴井 伸郎; 長坂 俊紀*; 伊藤 小百合; 河地 有木; 石岡 典子; 頼 泰樹*; 服部 浩之*; 茅野 充男*; 藤巻 秀
no journal, ,
われわれの食の安全を脅かす要因の一つに、有害物質であるカドミウム(Cd)の農作物への蓄積がある。農作物へのCdの蓄積を抑制する技術の確立には、植物体内におけるCdの動態を解明し、それらを制御する必要がある。われわれがこれまでに行った研究では、植物の根に投与したグルタチオン(GSH)が地上部へのCdの移行・蓄積を抑制することを確認している。本発表では、GSHを植物体の特定の部位(根,ソース葉,シンク葉)に施用し、それらが植物体におけるCdの移行と蓄積に及ぼす影響を調べた。実験には水耕栽培をしたアブラナ(品種:農林16号)を用いた。植物のCd処理は10Mの濃度で2日間とし、同時にこれらの植物にGSH処理を行った。収穫した植物の地上部・地下部におけるCd蓄積濃度はICP発光法により測定した。また、植物のCdの吸収・移行・蓄積の様子をポジトロン放出核種イメージング装置(PETIS)によってモニタリングした。根にGSHを処理した植物では、地上部へのCd蓄積濃度が、通常のCd処理を行った植物に比べて、約20%に減少していた。一方で、地下部におけるCdの蓄積濃度には有意な差は見られなかった。これらの結果より、根へのGSH処理は、植物体の地上部へのCdの移行と蓄積を抑制することが明らかになった。PETISを用いた実験でも、根へのGSH処理が植物体の地上部へCdの移行・蓄積を抑制することを確認できた。
