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論文

Screening of cesium-accumulating mutant of radioresistant bacterium ${it Deinococcus radiodurans}$ 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 ${it Deinococcus radiodurans}$ 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.

論文

Ion beam breeding of rice for the mutation breeding project of the Forum for Nuclear Cooperation in Asia (FNCA)

田中 淳; 長谷 純宏; 大野 豊; 石川 秀高*; 小池 亜紀*

JAEA-Review 2015-022, JAEA Takasaki Annual Report 2014, P. 96, 2016/02

アジア原子力協力フォーラム(FNCA)は、内閣府/文部科学省が主導する原子力平和利用協力の枠組みであり、その1つの活動として放射線育種プロジェクトがある。イネの突然変異育種の第二期プロジェクト(2013$$sim$$2017)として、バングラデシュ, 中国, インドネシア, 韓国, マレーシア, モンゴル, フィリピン, タイ, ベトナム及び日本の10ヶ国が参加して、「持続的農業のためのイネの品種改良(環境耐性、少肥料多収等)」が実施されている。バングラデシュでは、イオンビームを用いて高収量の新品種が数系統確立され、その内の1品種BINAdhan-14は2013年に品種登録され、実用栽培が開始されている。マレーシアでは、品種MR219への照射に由来する、渇水耐性や病害抵抗性の強い変異系統の選抜に成功し、実用化を予定している。ベトナムでは品種Khang danへの照射により、高収量で耐倒伏性の高い系統を獲得した。

論文

スプレーギク"サザンチェルシー"におけるイオンビーム照射による黄色変異体の効率的な育種

田之頭 優樹*; 永吉 実孝*; 渡辺 剛史*; 長谷 純宏

JAEA-Review 2015-022, JAEA Takasaki Annual Report 2014, P. 98, 2016/02

これまでの夏秋スプレーギク品種「サザンチェルシー(桃色)」へのイオンビーム照射による花色変異体作出では、白色、赤樺色の変異体は出現するものの、黄色変異体は出現しなかった。そこで、得られた花色変異体の出現率や色素分析結果を踏まえ、目的とする花色変異体の出現率を想定した。原品種(桃色)への照射による赤樺色変異体の出現率、すなわちカロテノイド含量の増加が生じる頻度は1.4%と想定された。一方、白色変異体の出現率、すなわちアントシアニンの消失が生じる頻度は0.6%と想定された。カロテノイド及びアントシアニン含量の変化は、それぞれの生合成経路が異なることから独立の変異によって生じると考えられる。したがって、1回の変異誘発でアントシアニン消失とカロテノイド含量増加の2つの変化を併せ持つ黄色変異体が作出される頻度は極めて低く、0.0084%と推定される。この結果から、黄色変異体を得るためには、白色変異体への再照射によってカロテノイド含量の増加を引き起こすことが最も効率的であると考えられた。このことは、複数の形質を対象とした突然変異育種においては段階的に変異を誘発する方法が効率的であることを示唆する。

論文

佐系69(${it Citrus hanayu}$ $$times$$ ${it C. depressa}$)の植物体再生率に対する炭素イオンの照射効果

納富 麻子*; 長谷 純宏; 田中 義樹*; 竹下 大樹*

JAEA-Review 2015-022, JAEA Takasaki Annual Report 2014, P. 102, 2016/02

佐賀県で選抜されたノビレチン高含有香酸カンキツ「佐系69」を材料として、さらにノビレチンを高含有する系統などの作出を目的としてイオンビームの適性照射線量を検討した。実生胚軸上のカルスにイオンビームを照射し、植物体の再分化率に及ぼす影響を調査した。非照射区の再分化率は97.7%であった。2, 4及び8Gy照射区では非照射区に比べて再分化率が低下したが、線量反応は明確ではなかった。4Gy照射区においても約8割の個体が再分化したことから、「佐系69」の放射線感受性は、これまで試験したカンキツ類のなかでは最も放射線感受性が低かった川野ナツダイダイと同等と考えられた。

論文

Evaluation of DNA lesions induced by high-let ion beams using quantitative polymerase chain reaction

松尾 陽一郎*; 泉 佳伸*; 長谷 純宏; 坂本 綾子; 清水 喜久雄*

JAEA-Review 2015-022, JAEA Takasaki Annual Report 2014, P. 104, 2016/02

本研究では出芽酵母S288cを材料として定量的ポリメラーゼ連鎖反応(qPCR)を用いてDNA損傷量の評価を試みた。0.1から10Gyの炭素イオンを照射したゲノムDNAを用い、PCRよってURA3遺伝子領域を増幅した。線量の増加に伴ってPCRによるDNA増幅は抑制された。以前の研究からURA3遺伝子領域内で変異が起こりやすいことが示唆された領域とそれ以外の領域の損傷量において、今回の試験では有意な差はなかったことから、抽出したDNAに対する照射では、損傷量は異ならないことが確認された。

論文

沖縄及び亜熱帯地方に適応した花卉植物に対するイオンビーム照射条件の検討

渡邊 武志*; 関塚 史明*; 中村 悟之*; 長谷 純宏

JAEA-Review 2015-022, JAEA Takasaki Annual Report 2014, P. 110, 2016/02

イオンビームによる突然変異を利用して、亜熱帯地域, 沖縄地域に適する花き類の新規素材を作出するため、対象品目別の最適照射条件を検討した。ハイビスカスは、非照射区においても萌芽後の個体の発根が悪く、ほとんどが枯死したため照射の影響を確認できなかった。セイロンベンケイソウでは、変異誘発に適した照射線量は、50MeV $$^{4}$$He$$_2^{+}$$では40$$sim$$80Gy、107MeV $$^{4}$$He$$_2^{+}$$では80Gy以上、炭素イオン(220MeV及び320MeV)では16Gy以上であると考えられた。非照射株を基準として、開花日が早い、節間長が長い、花数が多い、がくの色が濃い等の形質の違いが認められ、これらの発生率は変異誘発に適した照射量において高くなっていた。この形質が遺伝的な変異であるのかを確認するために今後も栽培を継続して再確認を行う。なお、本研究は日本原子力研究開発機構の先端研究施設共用促進事業および施設供用制度を利用して実施した。

論文

イオンビーム育種による新規サルビア属種間雑種品種の開発

山口 絵梨香*; 宮谷 真徳*; 河合 隆行*; 渥美 浩久*; 長谷 純宏

JAEA-Review 2015-022, JAEA Takasaki Annual Report 2014, P. 111, 2016/02

横浜植木が育成したサルビア品種は、生育が旺盛で開花期が長いという特長があるが、種間交雑により作出されたことから不稔であり、交配による育種は困難である。そのため、同品種を材料として、イオンビーム照射による新品種開発を試みた。2系統(SAC33及びSAC7-2)の挿し穂に対して炭素イオンビームを照射し、発根後鉢上げして開花させた。花色の変異やがくの発色が薄くなる変異が確認された。変異の発生率は0.48から1.80%であり、照射線量が高くなるほど変異率が高い傾向が認められた。有望株は商品化に向けた増殖と特性調査を行い、一部の変異系統については再照射による更なる変異拡大について検討する予定である。

論文

The Effects of ion beam irradiation on variation in the M$$_{1}$$ generation of two strains of ${{it Delphinium grandiflorum}}$ var. ${{it chinense}}$

本多 和茂*; 種市 周平*; 前田 智雄*; 後藤 聡*; 鹿内 靖浩*; 佐々木 和也*; 野澤 樹; 長谷 純宏

JAEA-Review 2015-022, JAEA Takasaki Annual Report 2014, P. 107, 2016/02

シネンシス系デルフィニウム品種の種子にイオンビームを照射し、照射強度、倍数性の違いが照射当代の変異出現におよぼす影響についての基礎的な知見を得るための調査を行った。今回照射を行なった条件では実生個体の生存率の低下は見られなかったが、調査を行った一部の形質において照射強度、倍数性の違いによる差が観察された。また、種子稔性の低下は生じず、照射個体に由来する次世代の種子を多く得ることができた。

論文

イオンビームの育種利用の現状と展望

長谷 純宏

放射線化学(インターネット), (100), p.86 - 88, 2015/10

日本原子力研究開発機構では、1991年に世界初の材料・バイオ研究専用施設として現在の高崎量子応用研究所に設置されたイオンビーム照射施設(TIARA)を利用して、イオンビームの生物影響ならびに突然変異を利用した植物や微生物の新品種開発に関する研究を行ってきた。本稿では、TIARAでの事例を中心として、イオンビームによって生じる突然変異の特徴、植物及び微生物の実用品種育成などに関する研究成果、ならびに現在行われている研究や将来展望について解説する。

論文

イオンビーム育種技術による植物・微生物のセシウム吸収特性の改変

大野 豊; 長谷 純宏; 佐藤 勝也; 野澤 樹; 鳴海 一成*

放射線と産業, (138), p.17 - 20, 2015/06

イオンビーム育種技術は、近年植物や微生物の改変に活発に利用され、有用品種の作出に成果をあげている。東京電力福島第一原子力発電所の事故対応のためにイオンビーム育種でなにができるのか。日本原子力研究開発機構量子ビーム応用センターでは、高崎量子応用研究所のサイクロトロンを利用し、セシウム高・低吸収植物やセシウム高濃縮菌の開発に取り組み、変異体の候補を得ることに成功した。

論文

Tissue-dependent somaclonal mutation frequencies and spectra enhanced by ion beam irradiation in chrysanthemum

岡村 正愛*; 長谷 純宏; 古澤 佳也*; 田中 淳

Euphytica, 202(3), p.333 - 343, 2015/04

 被引用回数:4 パーセンタイル:47.85(Agronomy)

イオンビーム照射によってキクの花色変異体を得る際の材料組織選択の影響について調査した。品種YoMysteryの花弁及び葉を使用し、照射組織由来の体細胞クローンの草丈及び花色変異を調査した。商業利用に十分な草丈を維持するために、アルゴンイオンでは3Gyが適切な線量と考えられた。3反復試験による計7,258個体の解析から、(1)花弁由来クローン(2.91%)は葉由来クローン(2.01%)よりも変異率が高かったこと、(2)組織の種類の影響はイオンビーム照射によって増進し、花弁由来クローンでは6.47%、葉由来クローンでは3.89%であったこと、(3)カロテノイド色素系の変異はイオン照射によって顕著に上昇し、培養変異では黄色のみが得られたのに対して、イオン照射した花弁及び葉の両者において、茶, 赤, 黄の変異が得られたことが示された。これらの結果は、材料組織の選択とイオンビーム照射の組み合わせによって実用的な花色変異を意図的に得ることが可能であることを示唆する。

論文

Metabolome analysis of leaves of ${it Rumex obtusifolius}$ L. irradiated with ion beams

宮城 敦子*; 北野 沙也佳*; 大野 豊; 長谷 純宏; 川合 真紀*; 大野 豊

JAEA-Review 2014-050, JAEA Takasaki Annual Report 2013, P. 114, 2015/03

${it Rumex obtusifolius}$ (Polygonaceae) is a weed, which spreads all over the world. It contains amino acids and ascorbate (Vitamin C) more than other edible ${it Rumex}$ species (Miyagi et al., 2010). On the other hand, it highly accumulates soluble oxalate, which causes renal syndrome for vertebrates. Thus we aimed to lower oxalate contents in R. obtusifolius that can be used as a pasture by radiation breeding. In the present study, plant seeds irradiated with several doses of carbon ion beams ($$^{12}$$C$$^{6+}$$) were used to analyze effects of the radiation to oxalate contents and other metabolites using capillary electrophoresis-mass spectrometry (CE-MS). Results showed that the oxalate contents of leaves were increased by the irradiation of ion beams on the contrary to the case of the irradiation with $$gamma$$ rays. High oxalate plants tended to contain high levels of organic acids. Amino acids and phosphorylated organic acids were decreased in these plants.

論文

Screening of salt tolerant mutants regenerated from irradiated stem segments of Lombardy poplar (${it Populus nigra}$)

Biswas, K. K.*; 長谷 純宏; 大野 豊

JAEA-Review 2014-050, JAEA Takasaki Annual Report 2013, P. 113, 2015/03

Species of the genus ${it Populus}$ are ecologically important trees and often serving as a vegetative pioneer species because of their fast growth rates. The rapid growth of poplar is dependent on access to sufficient water in plantation sites and this is problematic. To overcome this problem, a forward genetics approach has been taken for developing salt/drought tolerant mutants by combination of radiation mutagenesis and in vitro regeneration in ${it Populus}$. Previously we screened regenerated ${it Populus nigra}$ shoots regenerated from stems exposed with cobalt-60 source of $$gamma$$ rays and isolated two mutant candidates named ${it g1}$ and ${it g5}$. Only about 25% stem segments of both lines produced roots in RIM with 75 mM NaCl. The low frequency in root production in NaCl medium may be attributed to that these plants are chimeric. We also successfully obtained at least 2 salt tolerant candidates regenerated from stem segments irradiated with 320 MeV $$^{12}$$C$$^{6+}$$ ion beams.

論文

Development of new ${it Chrysanthemum Morifolium}$ pink mutants through ion beam irradiation

Zaiton, A.*; Affrida, A. H.*; Shakinah, S.*; Nurul Hidayah, M.*; 長谷 純宏; 大野 豊

JAEA-Review 2014-050, JAEA Takasaki Annual Report 2013, P. 108, 2015/03

Developing new varieties of chrysanthemums is one of the emphases in Malaysian floriculture research as chrysanthemum is recognized as among the most important cut flower export for Malaysia. A combination of ion beam irradiation and ${it in vitro}$ organ culture techniques is very efficient in generating new ornamental varieties with novel traits and wider mutation spectrum. Therefore, in this project, ray floret cultures of pink chrysanthemum variety were irradiated at various doses with 320 MeV $$^{12}$$C$$^{6+}$$ ions, regenerated into plantlets and screened for morphological variations with an ultimate aim to produce mutants with useful horticultural traits. A series of screening was carried out at Nuclear Malaysia's glasshouse and MARDI Cameron Highlands. The mutants were selected and characterized morphologically. Based on these screenings, three mutants were identified based on their distinct flower and/or plant characteristics.

論文

ウンシュウミカンにおけるイオンビーム照射用試料調整方法の検討

松尾 洋一*; 長谷 純宏; 竹下 大樹*; 納富 麻子*

JAEA-Review 2014-050, JAEA Takasaki Annual Report 2013, P. 111, 2015/03

中生ウンシュウミカンは、多胚性種子のために交雑育種による品種改良には多数の制約がある。このため新品種の開発は、雑種実生による品種改良は少なく、枝変わりもしくは珠心胚実生の中から突然変異個体を選抜している。通常の珠心胚実生の選抜試験では、特定の形質を得ることは困難であるため、イオンビーム照射を実施した珠心胚実生より突然変異個体を効率的に誘発するために、品種毎に試料の前処理方法を検討した。前処理方法として、実生の胚軸及び根部を切断してプラ壺へ移植する方法、ならびに組織の切断部位を少なくするために胚軸部のみを切断し、スチロールケースに配置して根部は水分を含ませた支持体で固定する方法の2通りを試験した。イオンビーム照射後の再分化率を比較した結果、前者の方法の方が再分化率が高いことがわかった。

論文

Molecular analysis of heavy ion induced mutations in budding yeast ${it S. cerevisiae}$

松尾 陽一郎*; 泉 佳伸*; 長谷 純宏; 坂本 綾子; 清水 喜久雄*

JAEA-Review 2014-050, JAEA Takasaki Annual Report 2013, P. 119, 2015/03

高LETのイオンビームによる突然変異誘発の分子機構を明らかにするために、出芽酵母(${it Saccharomyces cerevisiae}$)を材料として研究を行ってきた。これまでに、LETの増加に伴って致死率および${it URA3}$遺伝子の突然変異率が上昇する傾向があること、ならびに突然変異の分布としてヌクレオソーム構造のリンカーDNAにおいて局所的に突然変異が誘発されることを示唆する結果を報告した。ここでは、突然変異が誘発される部位がヌクレオソーム構造に関係があるという仮説を検証するために、野生株と異なるヌクレオソーム構造の${it URA3}$遺伝子を持つ組換え株を作成し、突然変異誘発スペクトルを分析した。野生株での突然変異の位置と、ヌクレオソーム構造が異なる株での${it URA3}$遺伝子の突然変異位置には相違があり、突然変異が生じる位置がヌクレオソーム構造に依存することが示唆された。

論文

イオンビーム照射によるスプレーギクの花色変異の育種

田之頭 優樹*; 永吉 実孝*; 遠嶋 太志*; 長谷 純宏

JAEA-Review 2014-050, JAEA Takasaki Annual Report 2013, P. 109, 2015/03

本研究は、スプレーギク品種へのイオンビーム照射による花色ファミリー品種の効率的な育成方法に関するものである。夏秋スプレーギク品種「サザンチェルシー(桃色)」の葉片培養物へイオンビームを照射して得た変異集団からは、アントシアニンが減少した薄桃色及び白色、アントシアニンが増加した濃桃色、カロテノイドが増加した赤樺色及び黄樺色が得られた。育種目標とした白色の花色変異率は0.6%、赤樺色は1.4%であったが、黄色は0%であった。黄色の変異体を得るためには、アントシアニンが消失する変異と、カロテノイドが増加する2つの変異が必要と考えられるが、この2つの変異が独立して生じると仮定すると、1回の変異誘発で黄色変異体が得られる頻度は0.0084%と極めて低い。この結果から、白色変異株への再照射によってカロテノイドが増加した変異を獲得することが黄色変異体を獲得する上で高効率であると考えられた。

論文

イオンビーム照射によるキクの段階的改良

田之頭 優樹*; 永吉 実孝*; 遠嶋 太志*; 長谷 純宏

JAEA-Review 2014-050, JAEA Takasaki Annual Report 2013, P. 110, 2015/03

白系秋輪ギクの主力品種「神馬」を材料として、無側枝性で茎葉や花のボリュームに優れる「新神」を育成し、さらに低温開花性を併せ持つ新系統「C90-i-3」の育成に成功した。しかしながら、「C90-i-3」では無側枝性が「新神」より強く、挿し穂による自家増殖が困難であることから、「C90-i-3」へのイオンビームの再々照射によって、採穂数が「新神」程度に回復した個体の作出を目的として試験を行った。「C90-i-3」由来の選抜系統から、DNA量の低下や生育特性の悪化がみられない材料を選定し、変異誘発した1092個体から、低温開花性があり花や茎葉のボリュームに優れる13個体を選抜した。これらを増殖し、採穂数を調査した結果、採穂数が20%以上改善した4系統を選定した。以上の結果から、生育特性やDNA量の減少がみられない個体へ低線量を照射することによって、通算3回のイオンビーム照射による変異誘発でも、不良変異を伴わずに段階的な特性改良が可能であることが示された。

論文

アマランサスにおける$$gamma$$線と炭素イオンビームの最適線量の検討

根本 和洋*; 敦川 亜紀子*; 南 峰夫*; 松島 憲一*; 長谷 純宏

JAEA-Review 2014-050, JAEA Takasaki Annual Report 2013, P. 112, 2015/03

アマランサス(${it Amaranthus spp.}$)は、中南米起源のヒユ科の作物で、子実中には必須アミノ酸のリジンや鉄分、カルシウム等のミネラルが豊富に含まれる。また、セシウム吸収能力の高い植物の一つとしても知られ、環境修復への利用の可能性を秘めている。しかしながら、これまでのアマランサス育種は既存の遺伝資源を系統選抜したものが多く、利用できる育種素材が限られているのが現状である。本研究では、新たな有用変異体の獲得とその育種利用を目的とし、変異原である$$gamma$$線および炭素イオンビームの最適照射線量を決定した。信州大学が保有する${it A. cruentus}$の6系統・品種(GA5252, GA5252$$cdot$$4x, U-84, U-100, メキシコ系および伊那市桃色系統)を用いた。$$gamma$$線では1200Gyを超えると全ての系統で生存率が0%になった。感受性には系統間差が認められ、GA5252が最も感受性が低く、U-84が最も感受性が高かった。炭素イオンビームにおいても$$gamma$$線の場合と同様な傾向で感受性の系統間差がみられた。変異体の作出には、$$gamma$$線では200$$sim$$500Gy、炭素イオンビームでは60$$sim$$120Gyが適正な線量と考えられた。

論文

Alteration of segregation ratio suggests complex structural alteration of DNA induced by high-LET ion beams

長谷 純宏; 大野 豊

JAEA-Review 2014-050, JAEA Takasaki Annual Report 2013, P. 106, 2015/03

大規模欠失を含む染色体の構造変化は、減数分裂過程での異常を引き起こすこと等により、後代への伝達を抑制すると考えられる。本研究では、突然変異の後代への伝達性のLET依存性に関する知見を得るため、葉の表面等の毛状突起の発達に必須である${it GL1}$遺伝子を指標として、照射した個体の後代における変異体の分離比を調査した。照射を行わなかった場合、材料であるシロイヌナズナの野生株と${it GL1}$遺伝子の変異株である${it gl1-1}$変異株を交配して得たF1種子の自殖後代では、野生型個体と無毛変異体は3対1の割合で出現すると期待される。平均LETが30keV/$$mu$$mのHeイオン、113keV/$$mu$$mのCイオン及び352keV/$$mu$$mのNeイオンを比較した場合、Neイオンでは系統毎の分離比の分布が期待値から大きく外れる個体が顕著に多く、高LETのイオンビームでは複雑な染色体の構造変化が起きていることが示唆された。

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