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by ion beam breeding technology佐藤 勝也; 上田 涼史郎*; 長谷 純宏; 鳴海 一成*; 大野 豊
JAEA-Review 2015-022, JAEA Takasaki Annual Report 2014, P. 100, 2016/02
Bioremediation uses biological organisms to solve an environmental problem. However, microorganisms are sometimes not enough effective to achieve efficient recovery. Therefore, enhancing the functionality of microorganisms is needed to promote the active use of bioremediation. This study began with the purpose of development of Cs-accumulating bacteria by ion beam breeding technology. Previously, we suggested that is the most suitable species for the development of high Cs-accumulating bacteria by ion beam breeding technology. Candidates of Cs-accumulating mutant were screened from the mutagenized cells by ion beam breeding technology on the basis of the luminescent intensity and the cell area as indicators of intracellular Cs level and cell growth, respectively. As a result, we obtained 33 candidates, whose Cs-accumulating abilities were over 2-fold higher than that of the wild-type, from the population of mutagenized cells.
with 
under high salt conditions using the ion beam mutation breeding丸山 雄大*; 武田 喜代子*; 友岡 憲彦*; 佐藤 勝也; 大野 豊; 横山 正*
JAEA-Review 2015-022, JAEA Takasaki Annual Report 2014, P. 99, 2016/02
is one of wild legumes, which called as Hamaazuki, are distributed at the vicinity of the coast from tropical to sub-tropical regions and have high salt tolerance among terrestrial plants. 
can grow at 400 mM NaCl condition. Furthermore, the root nodules on have a symbiotic relationship with rhizobia that related to the genus having high stress tolerance (500 mM NaCl, 45 
C, pH 10.5). Above both symbiotic partners showed extremely high salt tolerance, however, cannot develop root nodules with at over 80 mM NaCl conditions. To improve symbiotic performance of with under high salt conditions, bacterial cells were irradiated by carbon ion-beam at TIARA. However, so far, we could not obtain promising mutants having good symbiotic performance with Vigna marina under high salt conditions, yet.
荻野 千秋*; Kahar, P.*; Lee, J. M.*; 佐藤 勝也; 大野 豊; 近藤 昭彦*
JAEA-Review 2015-022, JAEA Takasaki Annual Report 2014, P. 105, 2016/02
Ethanol fermentation from hydrolyzed lignocellulosic biomass with yeast is very important. However, in common sense, there are several chemical inhibitors for yeast from hydrolyzed biomass. Therefore, screening of yeast strain, possessing the tolerance properties against these chemical inhibitors, should be found from nature resources or mutant libraries. To overcome the problem, we have screened yeast strains tolerant to many chemical inhibitors contained in bagasse sugar lysate (BSL) at high temperature (35 C) from 1500 strains out of national bio-resource center yeast collection. We found that F118 strain could grow and ferment BSL and produce ethanol. For increasing of the yield and ethanol fermentation efficiency of F118 strain, the adaptation of F118 strain to high temperature was conducted, followed by carbon ion beam irradiation. Consequently, we have successfully obtained F118S88 strain as a good candidate for ethanol production from BSL at high temperature.
増渕 隆*; 渡口 和樹*; 林 秀謙*; 池永 裕*; 佐藤 勝也; 大野 豊
JAEA-Review 2015-022, JAEA Takasaki Annual Report 2014, P. 106, 2016/02
We conducted the gene function analysis of the high ethyl caproate producing sake yeast mutant (No.227) generated by ion beam breeding in order to develop a new method for sake yeast screening and find factors contributing the reduced ability to alcohol fermentation. The genome sequences of the No.227 and Kyokai 901 (its parental strain) were determined by a whole-genome shotgun strategy using pyrosequencing method. And the determined sequences were compared with that of the sake yeast strain Kyokai 7, which is characterized by the fermentation properties. Consequently, the No.227 carried mutations in the 
and 
genes as heterozygous state. It was suggested that these mutations in the and genes in the No.227 might be attributed to the high ethyl caproate production and the low alcohol fermentation ability, respectively.
大野 豊; 横田 渉
加速器, 12(4), p.189 - 192, 2016/01
Ion beams are useful tools for induced mutagenesis and breeding of plants. They are characteristic of high linear energy transfer and distinct from 
-rays or electron beams; wider mutation spectrum, higher mutation frequency, and higher rate of large insertion or deletion on DNA. Not only more than 30 newly registered plant varieties but also new valuable microorganisms have been generated by ion beams accelerated by the AVF cyclotron in TIARA. Developing effective methods to isolate mutants with specific traits is a future challenge.
佐藤 勝也; 上田 涼史郎; 長谷 純宏; 鳴海 一成*; 大野 豊
JAEA-Review 2014-050, JAEA Takasaki Annual Report 2013, P. 117, 2015/03
Bioremediation uses biological organisms to solve an environmental problem. However, microorganisms are sometimes not enough effective to achieve efficient recovery. Therefore, enhancing the functionality of microorganisms is needed to promote the active use of bioremediation. This study began with the purpose of development of Cs-accumulating bacteria by ion beam breeding technology. We investigated which members are better suited for Cs-accumulation in the genus 
(
, 
, 
, 
, 
and 
) exhibit extraordinary radioresistant. The Cs concentration in the cells exhibited over 4-fold compared with that of the 
by atomic absorption spectrometer analysis. This result suggested that and are best two suitable species for the development of high Cs-accumulating bacteria by ion beam breeding technology.
USDA110 generated by ion-beam irradiation武田 喜代子*; 佐藤 勝也; 鳴海 一成*; 大野 豊; 大津 直子*; 横山 正*
JAEA-Review 2014-050, JAEA Takasaki Annual Report 2013, P. 120, 2015/03
Major constraint of biofertilizer utilization in agricultural practice is a viability loss of beneficial microorganisms in biofertilizers by high temperature stress during both storage and transportation. Therefore, we have tried to improve high temperature tolerance of USDA110 using carbon-ion beams accelerated by an AVF cyclotron at TIARA. Consequently, we have obtained a high temperature tolerant mutant that can maintain a high survival rate at 42 C for at least 7 days in yeast-mannitol broth medium, and named it as M14. The genome sequence of M14 was determined by a whole-genome shotgun strategy. The acquirement of high temperature tolerance in M14 could be attributed to 18 base mutations and/or a large-scale inversion (1.27 Mb). In the future, we will conduct further analysis on these mutations in order to decipher the molecular mechanisms of high temperature tolerance of M14.
ray-induced mutagenesis西東 力*; Fitriana, Y.*; 佐藤 勝也; 大野 豊; 鳴海 一成*
JAEA-Review 2014-050, JAEA Takasaki Annual Report 2013, P. 121, 2015/03
Entomopathogenic fungi, such as 
, are economically important agents for integrated pest management programmes of insect pests. However, negative effects of temperature, such as heat stress that exceeds 35 C, can have serious deleterious effects on conidial germination and persistence, vegetative growth, sporulation, and/or the infection process in these entomopathogenic fungi. In this study, we attempted to enhance thermotolerance in a model entomopathogenic fungus, 
, by mutagenesis using ion beams or rays and evaluated the relative virulence of the resulting mutants compared with the wild-type isolates. In conclusion, ion beams and rays are useful tools for improving biological characteristics, such as thermotolerance and fungicide-tolerance, in entomopathogenic fungi, but the mutants obtained in this study must be carefully evaluated for unpredictable negative side effects.
荻野 千秋*; 山田 良祐*; 佐藤 勝也; 大野 豊
JAEA-Review 2014-050, JAEA Takasaki Annual Report 2013, P. 122, 2015/03
Ethanol fermentation from hydrolyzed lignocellulosic biomass with yeast is very important. However, in common sense, there are several chemical inhibitors for yeast from hydrolyzed biomass. Therefore, screening of yeast strain, possessing the tolerance properties against these chemical inhibitors, should be found from nature resources or mutant libraries. In this research, by carbon ion beam irradiation, the screening of candidate yeast strains was performed. Compared with wild type strain, the ethanol production yield was improved in the case of selected strain. It was assumed that the carbon ion beam irradiation could be influence to yeast cell, and improve the metabolic pathway. In future, by using this selected yeast, the ethanol fermentation from hydrolyzed biomass with high efficiency would be performed.
増渕 隆*; 日向 弘和*; 上田 涼史郎; 林 秀謙*; 池永 裕*; 佐藤 勝也; 大野 豊
JAEA-Review 2014-050, JAEA Takasaki Annual Report 2013, P. 123, 2015/03
We analyzed genome sequence of the high ethyl caproate producing sake yeast mutant (No.227) generated by ion beam breeding in order to investigated factors contributing the reduced ability to alcohol fermentation. In the high ethyl caproate producing sake yeast, four pyruvate decarboxylase genes (PDC), six alcohol dehydrogenase genes (ADH), two biotin synthesis genes (BIO) and chitinase gene (CTS1) might be involved in the reduced ability to alcohol fermentation. The genome sequence of the strain No.227 was determined by a whole-genome shotgun strategy using pyrosequencing method and compared with the whole-genome sequence of the sake yeast strain Kyokai 7, which is characterized by the fermentation property, as a reference sequence. For the PDC, ADH, BIO and CTS1 loci, no mutation was found in the strain No.227, suggesting that these genes did not involved in the reduced ability to alcohol fermentation.
(Hypocreales: Clavicipitaceae) mutants induced by ion beamsFitriana, Y.*; 篠原 忍*; 佐藤 勝也; 鳴海 一成*; 西東 力*
Applied Entomology and Zoology, 50(1), p.123 - 129, 2015/02
被引用回数：0 パーセンタイル：1.75(Chemistry, Physical)Fungicides targeted at phytopathogens can be harmful to entomopathogenic fungi. The purpose of this study was to use ion-beam irradiation technology to produce benomyl-resistant mutants of the entomopathogenic fungus . After irradiation of conidia at 150 Gy, two mutant isolates, BB22 and BB24, were selected on media containing the fungicide. In an assay of vegetative growth, BB22 and BB24 were over 500 and 800 times more tolerant to benomyl, respectively, compared with the wild isolate. A mutation was found at position 198 of the 
-tubulin gene in the mutant isolates, with a substitution of glutamate for alanine (E198A). Ion beams have great potential as a tool to improve the traits of entomopathogenic fungi such as increasing tolerance to fungicides. Fungicide-resistant mutants produced in this way could be useful agents for biological control within IPM programmes where fungicides are also used.
-ray irradiations induce thermotolerant mutants in the entomopathogenic fungus 
Fitriana, Y.*; 佐藤 勝也; 鳴海 一成*; 西東 力*
Biocontrol Science and Technology, 24(9), p.1052 - 1061, 2014/06
被引用回数：3 パーセンタイル：16(Biotechnology & Applied Microbiology)Entomopathogenic fungi, such as Sorokin, are important agents for the biological control of insect pests. However, these fungi are not compatible with high temperatures. In this study, mutagenesis using ion beams or rays was used to generate five potentially thermotolerant mutants from two wild-type isolates of (two using ion beams and three using rays). The mutant isolates had a higher upper thermal limit for vegetative growth compared to the wild types (by 2-3C) and enhanced tolerance to wet-heat stress of 45C for conidial germination. These results indicate that ion beams and rays are useful tools for improving biological characteristics, such as thermotolerance, in entomopathogenic fungi, but that mutants must be carefully evaluated for unpredictable negative side effects.
渡辺 宏; 田中 淳
原子力eye, 49(5), p.22 - 25, 2003/05
昨年、イオンビーム育種技術で作出されたカーネーション(原研とキリンビール)とキク(原研と農業生物資源研究所)の新花色品種が実用化され、またバーベナ(理研とサントリー)の新品種も商品化された。カーネーションについては、イオンビームによる新しい品種改良技術を用いて実用化を達成した業績に対して、日本工業新聞の先端技術大賞が授与された。実用化に踏み出したこのイオンビーム育種技術の特徴について解析するとともに、遺伝子組換え技術に代わる我が国独自の育種技術として注目されてきている本技術をとりまく最近の動向について紹介した。
久米 民和; 天野 悦夫*; 中西 友子*; 茅野 光男*
Journal of Nuclear Science and Technology, 39(10), p.1106 - 1113, 2002/10
被引用回数：3 パーセンタイル：23.39(Nuclear Science & Technology)本件は、平成11年度及び平成12年度に調査した「我が国の放射線利用経済規模」、「我が国と米国の放射線利用経済規模」に関連して、農業利用についての報告である。調査の結果は次のとおりである。(1)食品照射: 米国の食品照射経済規模はスパイス価格で幅が出る。最小(スパイス1.5$/lb)で206億円,最大(スパイス34$/lb)で3,903億円である(1999年度データ)である。いずれにしても我が国19億円の11倍から205倍の規模である。種類も馬鈴薯だけの我が国とは対照的にスパイス,果実・野菜,トリ肉と種類が多い。(2)突然変異育種: 米国128品種,日本120品種とほぼ同じ数の品種が育成されている。本調査推奨値は、最大のケースである。この場合、米国は1兆3,593億円であり、稲中心の突然変異品種17品種から得た我が国の経済規模973億円の14倍となる。(3)日米農業の放射線利用比較: 米国は17,496億円(対GDP比0.2%)であった。一方、我が国は992億円(対GDP比0.02%)であった。米国の放射線農業利用経済規模は我が国の18倍であった。
田中 淳
エネルギーレビュー, 22(5), p.15 - 17, 2002/04
世界で初めてバイオ・材料研究専用に設立された原研高崎研究所のイオン照射研究施設(TIARA)における植物育種利用に関する総説である。1993年にTIARAが完成以来、イオンビームによる植物の突然変異体誘発研究では、初めて野性株よりも紫外線に耐性である突然変異体の誘発や、新花色のキクの誘発に成功するとともに花びら先端がフリル状になる遺伝子の存在を発見した。また、誘発される突然変異の特徴を分子レベルで解析し、イオンビームは決定的な遺伝子の変異を頻度高く誘発することで、変異率が高く、また変異スペクトルも広いために今までにない新しい突然変異体を効率よく作出できるという特徴を述べたものである。これらの研究は、環境保全や食糧資源の確保、また新産業の創出に向けて新種の植物を作り出すためにイオンビームが有効であることを示している。
小林 泰彦
放射線化学, (67), p.35 - 39, 1999/03
電離放射線の生物作用に、電離密度すなわちLET依存性があることは早くから知られていた。高LETイオンビームの生物学的効果の研究は、放射線作用機構に関する研究のうえで重要であるばかりでなく、放射線ガン治療や宇宙放射線被曝の人体へのリスク評価のうえでも近年ますます重要になってきている。原研高崎で行われている研究内容を紹介しながら、イオンビームの生物影響の特徴を説明する。
佐藤 勝也; 武田 喜代子*; 鳴海 一成*; 大津 直子*; 横山 正*
no journal, ,
根粒菌はマメ科植物と共生し、窒素栄養をマメ科植物に供給する。現在、化学肥料からの脱却を目指し、東南アジア等では、この共生関係を生かした根粒菌バイオ肥料の利用が奨励されている。しかし、化学肥料とは異なり、バイオ肥料は、輸送や保存時の高温による接種菌の活性低下等の問題があり改良が望まれている。これまで我々は、ダイズ根粒菌の温帯優良接種菌株である USDA110株を対象としたイオンビーム突然変異育種を行ってきた。そして、42Cの液体培地中で少なくとも1週間は高い生存率を維持することが可能な高温耐性変異株の取得に成功した。本研究では、次世代シークエンサーを用いて高温耐性変異株の全ゲノムを解読し、野生株との塩基配列の比較によってDNA変異部位を同定した。ゲノムDNA塩基配列の比較解析の結果、高温耐性変異株M14において、1.27Mbpの逆位という大規模なゲノム構造変異、及び一塩基置換・欠失及び挿入などの18ヶ所の小規模なDNA塩基変異が存在することを明らかにした。これらの大規模な構造変異あるいは小規模な遺伝子変異がM14株の高温耐性に関与している可能性が考えられた。
佐藤 勝也; 上田 涼史郎; 長谷 純宏; 大野 豊; 鳴海 一成*
no journal, ,
汚染環境の浄化技術として、微生物を活用したバイオレメディエーションは、物理的・化学的技術に比べ、環境負荷が小さいだけではなく、多様な汚染物質に対して適用可能であり、重要な技術として注目され、今後の利用拡大が期待されている。しかし、まだまだ微生物機能が低いという課題がある。そこで、資源確保や環境保全を踏まえた微生物の有効利用をさらに推進するためには、微生物の機能の向上が必要である。放射性セシウムの吸収・蓄積に微生物バイオレメディエーション技術を利用した場合、当然のことながら、微生物は被爆することから、期待される吸収・蓄積効果が見込めない可能性がある。そのため、放射能汚染環境下では、放射線に耐性を有する微生物の利用が適している。本研究では、デイノコッカス属細菌にイオンビーム誘発突然変異育種技術を活用し、遺伝子組換え技術に依存しない方法で、セシウム蓄積能の向上した突然変異体の創成を目的とした。
武田 喜代子*; 佐藤 勝也; 大野 豊; 鳴海 一成*; 大津 直子*; 横山 正*
no journal, ,
現在、化学肥料からの脱却を目指し、東南アジア等では根粒菌を用いたバイオ肥料の利用を奨励している。しかし、化学肥料とは異なり、輸送や保存時の高温による接種菌の活性低下等の問題があり改良が望まれている。これまで我々は、ダイズ根粒菌の優良接種菌株である USDA110株を対象とした、イオンビーム突然変異育種を行ってきた。そして、42CのYM液体培地内で少なくとも1週間は高い生存率を保つことができる高温耐性変異株の取得に成功した。本研究では、次世代シークエンサーを用いて高温耐性変異株の全ゲノムを解読し、野生株との塩基配列の比較によって高温耐性変異株において、1.27Mbpの逆位という大規模なゲノム構造変異、及び一塩基置換・欠失及び挿入などの18ヶ所の小規模なDNA塩基変異が存在することを明らかにした。
西東 力*; Fitriana, Y.*; 佐藤 勝也; 鳴海 一成*
no journal, ,
化学合成農薬は数多くの課題を抱えていることから、天敵を利用する生物的防除法の開発が注目されている。害虫の生物的防除法の基幹技術のひとつとして昆虫病原糸状菌があるが、高温下において感染しにくいという難題を抱えている。本研究の目的は、炭素イオンビームあるいは線の照射による突然変異育種技術を用いて、昆虫病原糸状菌()の高温耐性を強化することである。得られた高温耐性変異体については、植物病原糸状菌などにおいて高温耐性との関連が示唆されている遺伝子の変異を解析した。
