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-knockdown rice is a promising candidate for Cd phytoremediation in paddy fields高橋 竜一*; 石丸 泰寛*; Shimo, H.*; Bashir, K.*; 瀬野浦 武志*; 杉本 和彦*; 小野 和子*; 鈴井 伸郎; 河地 有木; 石井 里美; et al.
PLOS ONE (Internet), 9(6), p.e98816_1 - e98816_7, 2014/06
被引用回数：51 パーセンタイル：86.7(Multidisciplinary Sciences)Previously, we reported that OsNRAMP5 functions as a manganese, iron, and cadmium (Cd) transporter. The shoot Cd content in RNAi plants was higher than that in wild-type (WT) plants, whereas the total Cd content (roots plus shoots) was lower. For efficient Cd phytoremediation, we produced RNAi plants using the natural high Cd-accumulating cultivar Anjana Dhan (A5i). Using a positron-emitting tracer imaging system, we assessed the time-course of Cd absorption and accumulation in A5i plants. Enhanced 
Cd translocation from the roots to the shoots was observed in A5i plants. To evaluate the phytoremediation capability of A5i plants, we performed a field experiment in a Cd-contaminated paddy field. The biomass of the A5i plants was unchanged by the suppression of expression; the A5i plants accumulated twice as much Cd in their shoots as WT plants. Thus, A5i plants could be used for rapid Cd extraction and the efficient phytoremediation of Cd from paddy fields, leading to safer food production.
石川 覚*; 石丸 泰寛*; 井倉 将人*; 倉俣 正人*; 阿部 薫*; 瀬野浦 武志*; 長谷 純宏; 荒尾 知人*; 西澤 直子*; 中西 啓仁*
Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 109(47), p.19166 - 19171, 2012/11
被引用回数：349 パーセンタイル：99.68(Multidisciplinary Sciences)コメは食品を経由するカドミウム摂取の主要経路の1つであるが、コメのカドミウム汚染を大幅に低減させる技術は開発されていない。われわれはイオンビーム照射によって、コメの粒にカドミウムをほとんど蓄積しないイネ変異体を獲得し、さらに責任遺伝子を同定した。われわれは、低カドミウム濃度を示す3つの変異体を獲得し、それぞれが同一の遺伝子()に異なる変異を持つこと、並びに変異型
によってコードされるトランスポーターが根におけるカドミウム輸送能を欠損することを明らかにした。カドミウム汚染水田において、変異体は低カドミウム濃度の形質を示し、それ以外の農業形質には影響が認められなかった。さらに、変異型を持つイネ新品種を開発するためのDNAマーカーを開発した。われわれの発見はコメのカドミウム汚染低減に大きく貢献するものである。
牧野 周*; 末吉 邦*; 鈴木 雄二*; 河地 有木; 俵谷 圭太郎*; 大津 直子*; 中西 啓仁*; 藤原 徹*
日本土壌肥料学雑誌, 82(2), p.152 - 159, 2011/04
日本土壌肥料学会2010年北海道大会シンポジウムにおいて展開された、「植物栄養学研究の成果や進展議論をはかることを目的とした主要必須元素研究の現在,過去,未来」に関する議論をまとめたものである。河地は第3章「植物の元素動態イメージング解析で見えてくる栄養生理」を担当した。その中で、植物体内の栄養動態を可視化するさまざまなRIイメージング技術は、植物栄養の生理学的研究において大きなアドバンテージをもたらすことを概説した。おもに、本研究グループが開発してきたRIイメージング技術とそれによる研究成果を紹介するとともに、今後の植物栄養動態RIイメージング研究のあるべき姿を議論した。
Fe translocation in barley as monitored by a Positron-Emitting Tracer Imaging System (PETIS); Evidence for the direct translocation of Fe from roots to young leaves via phloem塚本 崇志*; 中西 啓仁*; 内田 博*; 渡辺 智; 松橋 信平; 森 敏*; 西澤 直子*
Plant & Cell Physiology, 50(1), p.48 - 57, 2009/01
被引用回数：88 パーセンタイル：90.06(Plant Sciences)The real-time translocation of iron (Fe) in barley (
L. cv. Ehimehadaka no.1) was visualized using the positron-emitting tracer Fe and a positron-emitting tracer imaging system (PETIS). PETIS allowed us to monitor Fe translocation in barley non-destructively under various conditions. In all cases, Fe first accumulated at the basal part of the shoot. Fe-deficient barley showed greater translocation of Fe from roots to shoots than did Fe-sufficient barley. In the dark, translocation of Fe to the youngest leaf was equivalent to or higher than that under the light condition, while the translocation of Fe to the older leaves was decreased, in both Fe-deficient and Fe-sufficient barley. This suggests the possibility that the mechanism and/or pathway of Fe translocation to the youngest leaf may be different from that to the older leaves. When phloem transport in the leaf was blocked by steam treatment, Fe translocation from the roots to older leaves was not affected, while Fe translocation to the youngest leaf was reduced. We propose a novel model in which root-absorbed Fe is translocated from the basal part of the shoots and/or roots to the youngest leaf via phloem in graminaceous plants.
石川 覚*; 荒尾 知人*; 馬場 浩司*; 森 伸介*; 西澤 直子*; 中西 啓仁*; 吉原 亮平; 長谷 純宏
JAEA-Review 2008-055, JAEA Takasaki Annual Report 2007, P. 80, 2008/11
本研究では、栽培面積が最も広く良食味米であるコシヒカリに重イオンビームを照射し、得られた照射個体の中から、カドミウム吸収の低い株を選抜するとともに、現地カドミウム汚染土壌による実証試験を行い、低カドミウムイネ系統を育成することを目的としている。今回、コシヒカリ変異体誘発のための最適なイオンビーム照射線量を検討した。乾燥玄米種子胚に、炭素イオンビームを照射した後、催芽処理を行い、イネ用培土に各100粒ずつ播種し、温室内で栽培した。発芽率と地上部生育量に対する影響から、コシヒカリ変異体誘発の適正線量は40Gy以下と考えられた。今後、適正線量にて約1万粒の種子に照射を行い、圃場による栽培を通じてM2種子を採種後、低カドミウム吸収変異体を選抜する予定である。
鈴木 基史*; 塚本 崇志*; 井上 晴彦*; 渡辺 智; 松橋 信平; 高橋 美智子*; 中西 啓仁*; 森 敏*; 西澤 直子*
Plant Molecular Biology, 66(6), p.609 - 617, 2008/04
被引用回数：138 パーセンタイル：95.26(Biochemistry & Molecular Biology)Rice secretes Deoxymugineic acid (DMA) in response to Fe deficiency to take up Fe in the form of Fe(III)-DMS complex. In contrast with barley, the roots of which secrete DMS in response to Zn deficiency, the amount of DMA secreted by rice roots was slightly decreased under conditions of low Zn supply. There was a concomitant increase in endogenous DMA in rice shoots, suggesting that DMA plays a role in the translocation of Zn within Zn-deficient rice plants. The expression of 
and 
was not increased in Zn-deficient roots but that of 
was increased in Zn-deficient roots and shoots. The expression of 
was also increased in Zn-deficient roots and dramatically increased in shoots; correspondingly, HPLC analysis was unable to detect nicotianamine in Zn-deficient shoots. The expression of 
was increased in Zn-deficient shoots. Analyses using the positron-emitting tracer imaging system (PETIS) showed that Zn-deficient rice roots absorbed less 
Zn-DMA than Zn
. Importantly, supply of Zn-DMA rather than Zn increased the translocation of Zn into the leaves of Zn-deficient plants. This was especially evident in the discrimination center (DC). These results suggest that DMA in Zn-deficient rice plants has an important role in the distribution of Zn within the plant rather than in the absorption of Zn from the soil.
石丸 泰寛*; Kim, S.*; 塚本 崇志*; 大木 宏之*; 小林 高範*; 渡辺 智; 松橋 信平; 高橋 美智子*; 中西 啓仁*; 森 敏*; et al.
Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 104(18), p.7373 - 7378, 2007/05
被引用回数：130 パーセンタイル：93.37(Multidisciplinary Sciences)Fe deficiency is a worldwide agricultural problem on calcareous soils. Rice plants use a well documented phytosiderophore-based system to take up Fe from the soil. Rice plants are extremely susceptible to low-Fe supply, however, because of low phytosiderophore secretion and low Fe
reduction activity. A yeast Fe chelate-reductase gene 
, selected for better performance at high pH, was fused to the promoter of the Fe-regulated transporter, 
, and introduced into rice plants. The transgene was expressed in response to a low-Fe nutritional status in roots of transformants. Transgenic rice plants expressing the gene showed higher Fe chelate-reductase activity and a higher Fe-uptake rate than vector controls under Fe-deficient conditions. Consequently, transgenic rice plants exhibited an enhanced tolerance to low-Fe availability and 7.9x the grain yield of nontransformed plants in calcareous soils.
塚本 崇志*; 中西 啓仁*; 長谷 純宏; 田中 淳; 西澤 直子*; 森 敏*
JAEA-Review 2006-042, JAEA Takasaki Annual Report 2005, P. 93, 2007/02
カドミウムは毒性の高い土壌汚染金属であり、根やシュートの生長を阻害し、植物の栄養吸収やホメオスタシスに悪影響を及ぼす。また、穀物への蓄積により、ヒトや家畜の健康に害を及ぼす。本研究では、イオンビーム育種技術によるカドミウム吸収特性変異イネの選抜を行い、従来法では得られていないカドミウム吸収又は移行特性変異株の獲得を目指している。一次選抜として、250又は500ppmのカドミウム濃度に調整した培養土を用いて、イオンビーム変異処理した「日本晴」M1種子から得たM2種子約2500粒を人工気象室内で栽培し、生存した個体を選抜した。その結果、500ppm区で顕著な生育阻害効果が認められた。また、ほかの個体よりも生育の良い変異体を51個体得た。現在、これらの変異体からM3種子を収穫中である。
Fe translocation from the roots to the ear of rice using a Positron Emitting Tracer Imaging System (PETIS)塚本 崇志*; 中西 啓仁*; 渡辺 智; 松橋 信平; 西澤 直子*; 森 敏*
JAEA-Review 2006-042, JAEA Takasaki Annual Report 2005, P. 124, 2007/02
鉄は植物に必須な元素であるが、イネ中での移行、特に根で吸収された鉄の穂への移行については不明な点が多い。そこで、イネの穂への鉄の移行経路を明らかにするために、Feを用いたポジトロンイメージング計測を試みた。開花から3週間の登熟期のイネの根からFeを吸収させ、植物内における動態をPETISにより計測したところ、Fe投与後3.5時間で穂と止め葉にFeが到達したことが明らかとなった。また、移行経路上にある節にFeが集積していることがわかった。これらの結果から、鉄は導管から節において篩管へ移行した後、止め葉を経由せずに直接穂に輸送されることが示唆された。
Mn translocation in barley monitored using a positron-emitting tracer imaging system塚本 崇志*; 中西 啓仁*; 清宮 正一郎*; 渡辺 智; 松橋 信平; 西澤 直子*; 森 敏*
Soil Science and Plant Nutrition, 52(6), p.717 - 725, 2006/12
被引用回数：35 パーセンタイル：63.02(Plant Sciences)Until now, the real-time uptake and movement of Mn, has not been documented in plants. In this study, the real-time translocation of Mn in barley was visualized using Mn and PETIS. In all cases, Mn first accumulated in the discrimination center (DC), suggesting that this region may play an important role in Mn distribution in graminaceous plants. Mn deficient barley showed greater translocation of Mn from roots to shoots than did Mn-sufficient barley. In contrast, the translocation of Mn from roots to shoots was suppressed in Mn-excess barley. In Mn-sufficient barley, the dark treatment did not suppress the translocation of Mn to the youngest leaf, suggesting that the translocation of Mn to the youngest leaf is independent of the transpiration stream. Our results show that the translocation of Mn from the roots to the DC depends passively on water flow, but actively on the Mn transporter(s).
鈴木 基史*; 高橋 美智子*; 塚本 崇志*; 渡辺 智; 松橋 信平; 矢崎 潤史*; 岸本 直己*; 菊池 尚志*; 中西 啓仁*; 森 敏*; et al.
Plant Journal, 48(1), p.85 - 97, 2006/10
被引用回数：172 パーセンタイル：95.77(Plant Sciences)Mugineic acid family phytosiderophores (MAs) are metal chelators that are produced in graminaceous plants in response to Fe deficiency, but current evidence regarding secretion of MAs during Zn deficiency is contradictory. HPLC analysis showed that Zn deficiency induces the synthesis and secretion of MAs in barley plants. Studies of the genes involved in the methionine cycle using microarray analysis showed that the transcripts of these genes were increased in both Zn-deficient and Fe-deficient barley roots. Analysis using the PETIS confirmed that more Zn(II)-MAs than Zn were absorbed by the roots of Zn-deficient barley plants. These data suggest that the increased biosynthesis and secretion of MAs arising from a shortage of Zn are not due to an induced Fe deficiency, and that secreted MAs are effective in absorbing Zn from the soil.
-phytosiderophore and as Fe石丸 泰寛*; 鈴木 基史*; 塚本 崇志*; 鈴木 一正*; 中園 幹生*; 小林 高範*; 和田 泰明*; 渡辺 智; 松橋 信平; 高橋 美智子*; et al.
Plant Journal, 45(3), p.335 - 346, 2006/02
被引用回数：545 パーセンタイル：99.64(Plant Sciences)
gean was isolated from rice, which is highly homologous to . Real-time PCR analysis revealed that and are expressed predominantly in roots, and these transporters are induced by low-Fe condition. Analysis using the positron-emitting tracer imaging system showed that rice plants are able to take up both an Fe-phytosiderophore and Fe. This result indicates that, in addition to absorbing an Fe-phytosiderophore, rice possesses a novel Fe-uptake system that directly absorbs the Fe, a strategy that is advantageous for growth in submerged conditions.
渡辺 智; 石岡 典子; 長 明彦; 小泉 光生; 関根 俊明; 清宮 正一郎*; 中西 啓仁*; 森 敏*
Radiochimica Acta, 89(11-12), p.853 - 858, 2002/02
被引用回数：17 パーセンタイル：74.85(Chemistry, Inorganic & Nuclear)植物用ポジトロンイメージング装置の開発に伴い、ポジトロン放射体が植物の生理的な機能解明に有用であることがわかってきた。われわれは、この研究に用いるポジトロン放射体としてC-11,N-13,F-18等軽元素核種標識化合物の製造研究を行ってきた。今回は、新たにポジトロン放出金属元素金属元素V-48,Mn-52,Fe-52,Zn-62について製造開発を行った。AVFサイクロトロンからの陽子また
粒子ビームをターゲット物質に照射し、目的のアイソトープをイオン交換法または鉄共沈法によりターゲット物質から分離し、トレーサーとして必要な化学形に調製した。トレーサー溶液中の放射性不純物及び非放射性不純物をごく微量に抑えることができ、植物実験に十分供し得るトレーサーを製造する方法を確立した。
C]methionine translocation in barley in relation to mugineic acid phytosiderophore biosynthesisBughio, N.*; 中西 啓仁*; 清宮 正一郎*; 松橋 信平; 石岡 典子; 渡辺 智; 内田 博*; 辻 淳憲*; 長 明彦; 久米 民和; et al.
Planta, 213(5), p.708 - 715, 2001/09
被引用回数：16 パーセンタイル：36.85(Plant Sciences)オオムギが土壌中の鉄を獲得するために分泌するムギネ酸の前駆体であるメチオニンが、植物体のどこに起源をもつかを明らかにするために、リアルタイムでの[C]メチオニン転流をポジトロンイメージング法を中心とした計測により行なった。外部から供給した[C]メチオニンが鉄欠乏オオムギの根に保持され、ムギネ酸生合成に使われたこと、地上部から根へのメチオニンの移行が見られなかったことなどから、ムギネ酸の前駆体であるメチオニンは植物体の根に起源をもつと結論した。
O-water flow in tomato and rice in the light and dark using a positron-emitting tracer imaging system (PETIS)森 敏*; 清宮 正一郎*; 中西 啓仁*; 石岡 典子; 渡辺 智; 長 明彦; 松橋 信平; 橋本 昭司; 関根 俊明; 内田 博*; et al.
Soil Science and Plant Nutrition, 46(4), p.975 - 979, 2000/12
被引用回数：29 パーセンタイル：57.37(Plant Sciences)ポジトロン放出核種イメージングシステム(PETIS)を用いることによって植物中の水の流れの画像化に成功した。ポジトロン放出核種のO原子で構成される水分子(標識水)をトマトとイネに経根投与し、植物生体内の標識水の移行速度と分布を動的に画像化した。画像から O-水の生体内移行は光によって制御され、暗条件ではほぼ完全にその動きを停止することがわかった。トマトの茎とイネの新葉における水の移動速度は光の強度が500
mol m
/sのとき、それぞれ1.9 cm/sと0.4 cm/sであった。イネの新葉の場合の速度はトマトの茎のそれの1/5であったが、光の強度を3倍にすると速度が1.7倍になることがわかった。
C]methionine translocation in Fe-sufficient and Fe-deficient barley using a Positron Emitting Tracer Imaging System (PETIS)中西 啓仁*; N.Bughio*; 松橋 信平; 石岡 典子; 内田 博*; 辻 淳憲*; 長 明彦; 関根 俊明; 久米 民和; 森 敏*
Journal of Experimental Botany, 50(334), p.637 - 643, 1999/05
鉄欠乏時にオオムギの根より放出される三価鉄のキレーターであるムギ平酸は、メチオニンを出発材料として生合成される。そこで、C-メチオニンを用いて、鉄欠乏時及び鉄供給時におけるオオムギ植物体内の移行をポジトロン・イメージング装置により計測した。C-メチオニンは新葉及びクロロシスを呈した葉に1時間以内に移行したが、古い葉や根への移行はほとんど観察されなかった。葉と根の付け根部分への蓄積が15分後に始まり、他の葉への移行は25分後から認められた。このようなアミノ酸転流をリアルタイムで測定したのは世界で初めてである。
久米 民和; 松橋 信平; 伊藤 均; G.W.Roeb*; 石岡 典子; 長 明彦; 松岡 弘充; 関根 俊明; 内田 博*; 辻 淳憲*; et al.
JAERI-Review 97-015, p.51 - 53, 1997/11
植物の環境応答を非破壊で計測するための基礎として、ポジトロンイメージング装置を用いて植物の主要構成成分である炭素化物の転流について検討した。CO
(半減期20分)を用いた計測では、葉に短時間でCOは吸収され、光合成産物の根への移行が観察された。そのコムギの根へのCO化合物の移行は、特に新根で大きく、幼根の先端に多く蓄積することが認められた。また、光条件の影響を調べた結果では、新葉へのC化合物の移行は暗条件下で多いのに対し、穂への移行は逆に明条件の方が多かった。C-メチオニンを用いた実験では、Fe欠乏のオオムギの葉から根への移行が大きいと予測されたが、根には移行せずに新葉に転流していることが認められた。以上のように、ポジトロン放出核種を用いた計測は、植物のストレス応答を調べるのに有効な手段であると考えられた。
塚本 崇志*; 中西 啓仁*; 西澤 直子*; 森 敏*; 長谷 純宏; 田中 淳
no journal, ,
本研究では、イオンビーム育種技術によるカドミウム吸収特性変異イネの選抜を行い、従来法では得られていないカドミウム吸収又は移行特性変異株の獲得を目指している。一次選抜として、250又は500ppmのカドミウム濃度に調整した培養土を用いて、イオンビーム変異処理したM1種子から得たM2種子約2500粒を人工気象室内で栽培し、生存した個体を選抜した。その結果、500ppm区で顕著な生育阻害効果が認められた。また、ほかの個体よりも生育の良い変異体を幾つか得た。
中西 啓仁*; 塚本 崇志*; 西澤 直子*; 森 敏*; 渡辺 智; 松橋 信平
no journal, ,
鉄と亜鉛は植物に必須な元素であるが、これらの植物体内における動態には未解明な部分が多く、特に、登熟期のイネにおける金属元素の移行を直接計測した報告はない。本研究では、PETISを用いたポジトロン放出金属元素の登熟期のイネ生体内における移行を計測し、新たな知見を得ることを目的とした。開花後3週間のイネにFe-デオキシムギネ酸又はZnを経根吸収させ、それぞれの移行をPETISにより計測した。その結果、Fe, Znのいずれについても複数存在する節への蓄積が観察された。それぞれの節におけるFe及びZn移行量の解析から、先端に近い上位の節ほど単位重量あたりの蓄積量が多いことがわかり、何らかの生理的な制御により上位の節に優先的に金属元素を蓄積する仕組みの存在が示唆された。
高橋 竜一*; Bashir, K.*; 石丸 泰寛*; 瀬野浦 武志*; 杉本 和彦*; 小野 和子*; 矢野 昌裕*; 鈴井 伸郎; 藤巻 秀; 西澤 直子*; et al.
no journal, ,
イネのマンガン,鉄,カドミウムトランスポーターであるOsNRAMP5の遺伝子発現を1/2から1/4まで抑制すると、植物体全体でのカドミウム含量は減少するが、地上部のカドミウム含量は増加することを報告した。効率的なファイトレメディエーションを目的とし、イネのカドミウム高集積品種であるAnjana Dhanを用いて発現抑制イネ(A5i)を作製した。Positron emitting tracer imaging system (PETIS)を用いてカドミウムの吸収を観察したところ、根のカドミウム含量は野生型イネよりもA5iイネで低かったのに対し、地上部では野生型イネよりもA5iイネで高かった。さらにA5iイネを韓国の屋外隔離圃場(土壌中のカドミウム濃度は0.1M HCl抽出で0.43mg/kg)で栽培した。A5iイネは野生型イネと生育には差がなかった。A5iイネの地上部のカドミウム含量は野生型イネの約2倍であった。以上の結果から、A5iイネは圃場においても既存のカドミウム高集積品種よりもさらにカドミウムを集積し、土壌からより早く、効率的にカドミウムを除去できることが示された。
