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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

Metabolic alterations in leaves of oxalate-rich plant ${it Rumex obtusifolius}$ L. irradiated by $$gamma$$ rays

北野 沙也佳*; 宮城 敦子*; 大野 豊; 長谷 純宏; 鳴海 一成*; 山口 雅利*; 内宮 博文*; 川合 真紀*

Metabolomics, 11(1), p.134 - 142, 2015/02

 被引用回数:8 パーセンタイル:29.46(Endocrinology & Metabolism)

We investigated on the metabolic effectiveness of $$gamma$$ ray irradiation to seeds of ${it Rumex obtusifolius}$, which are known to accumulate high level of soluble oxalate, to lower oxalate accumulation in leaves. Reduced rate of germination, discoloration of cotyledons, and deformed true leaves were observed by elevated irradiation. Metabolome analysis of primary metabolites using capillary electrophoresis-mass spectrometry showed a decrease in oxalate contents in the leaves of plants from $$gamma$$ ray-irradiated seeds. Moreover, organic acids such as malate and 2-oxoglutarate also decreased, whereas amino acids such as glutamate and glutamine increased. These results indicated that seed irradiation by $$gamma$$ rays leads to dynamic changes in metabolic pathways as well as plant growth/development.

論文

Effects of $$gamma$$-ray irradiation on oxalate metabolism in ${it Rumex obtusifolius}$ L.

北野 沙也佳*; 宮城 敦子*; 大野 豊; 長谷 純宏; 鳴海 一成*; 内宮 博文*; 川合 真紀*

JAEA-Review 2013-059, JAEA Takasaki Annual Report 2012, P. 108, 2014/03

${it Rumex obtusifolius}$ (Polygonaceae) highly accumulates soluble oxalate in leaves. Animals should restrict their intake of oxalate because high level of oxalate causes the poisoning. Therefore, ${it R. obtusifolius}$ well growing in the meadow is a target of weeding. In this study, we aimed to develop a low oxalate ${it R. obtusifolius}$ plant that can be used as a pasture by radiation breeding. Plants from seeds irradiated with several doses of $$gamma$$ rays were used to analyze the radiation effect on oxalate content and other metabolite profiles. As a result, the oxalate content in leaves was decreased by $$gamma$$-ray irradiation. Plants with low oxalate content commonly contained increased level of amino acids and reduced level of organic acids.

論文

エゾノギシギシへの$$gamma$$線照射効果

北野 沙也佳*; 宮城 敦子*; 大野 豊; 長谷 純宏; 鳴海 一成; 内宮 博文*; 川合 真紀*

JAEA-Review 2012-046, JAEA Takasaki Annual Report 2011, P. 101, 2013/01

${it Rumex obtusifolius}$, a member of Polygonaceae, highly accumulates oxalate in leaves. Animals should restrict their intake because high level of oxalate causes of the poisoning. Therefore, ${it R. obtusifolius}$ well growing in the meadow is a target of weeding. In this study, we aim to develop a low oxalate ${it R. obtusifolius}$ plant that can be used as a pasture by radiation breeding. Plant seeds irradiated with several doses of $$gamma$$ rays were used to determine the germination rate and the lethal dose. As a result, the germination rate was not affected at doses up to 2000 Gy. However, the growth abnormality was shown in the lower dose. In the doses above 700 Gy, almost plants died after 1st leaf expansion. In conclusion, the 50% lethal dose (LD50) of $$gamma$$ rays was estimated to be 213 Gy for ${it R. obtusifolius}$.

口頭

$$gamma$$線照射が強害帰化雑草エゾノギシギシに及ぼす影響

北野 沙也佳*; 川合 真紀*; 宮城 敦子*; 内宮 博文*; 山口 雅利*; 大野 豊; 長谷 純宏; 鳴海 一成

no journal, , 

エゾノギシギシ(タデ科)は、ヨーロッパ原産の多年生草本である。田畑や牧草地などでよく繁殖することから、播種やバイオマス維持等のコストが低い新規牧草としての利用が期待されている。しかしながら、この植物の代謝的特徴として、葉に可溶性シュウ酸を高蓄積することが知られている。本研究では、$$gamma$$線をエゾノギシギシの種子に照射することによって、低シュウ酸個体を作出することを目指している。2,000Gyまでの線量を照射した種子の発芽率は、非照射のものとほとんど変わらず、高い発芽率を維持していた。しかし、発芽後、培養土に移して培養室で育成を続けた結果、700Gy以上の$$gamma$$線を照射した個体は、子葉は展開するものの、本葉の形成ができないまま赤く変色し枯死した。今後、$$gamma$$線照射個体の葉の代謝物の測定を行い、$$gamma$$線照射がシュウ酸代謝に影響を与えているかを調べる。また、後代の植物体から低シュウ酸個体の探索を行う。

口頭

$$gamma$$線が高シュウ酸植物の代謝に及ぼす影響

北野 沙也佳*; 宮城 敦子*; 大野 豊; 長谷 純宏; 鳴海 一成*; 山口 雅利*; 内宮 博文*; 川合 真紀*

no journal, , 

エゾノギシギシ(タデ科)は多年生草本であり、繁殖力が強く播種やバイオマス維持等のコストがかからないことから、新規牧草としての利用が期待できる。しかし、この植物は葉に人や家畜に有害な可溶性シュウ酸を高蓄積する。本研究では、$$gamma$$線をエゾノギシギシの種子に照射することで、低シュウ酸個体の作出を目指すと共に、メタボローム解析を行い低シュウ酸個体の作出へつながる代謝変動を明らかにする。まず、0-3000Gyの$$gamma$$線を照射したエゾノギシギシの種子を発芽させ、その葉から代謝物を抽出し、CE-MS(キャピラリー電気泳動-質量分析装置)でシュウ酸含有量を測定した。その結果、$$gamma$$線照射個体では非照射個体よりもシュウ酸含有量が減少していることが分かった。次に、シュウ酸含有量の違いとその他の代謝物量との関わりを明らかにするため、シュウ酸含有量が多い個体、平均的な個体、少ない個体をそれぞれ10個体ずつ選抜し、計30個体を用いてメタボローム解析を行った。その結果、シュウ酸含有量の少ない個体では共通してグルタミン,グルタミン酸,アスパラギンなどのアミノ酸が増加し、リンゴ酸などの有機酸が減少していた。

口頭

$$gamma$$線がエゾノギシギシのシュウ酸代謝に及ぼす影響

北野 沙也佳*; 宮城 敦子*; 川合 真紀*; 内宮 博文*; 山口 雅利*; 大野 豊; 長谷 純宏; 鳴海 一成*

no journal, , 

エゾノギシギシ(タデ科)は、田畑や牧草地などでよく繁殖することから、播種やバイオマス維持等のコストが低い新規牧草としての利用が期待されている。一方、この植物の代謝的特徴として、葉に動物が過剰摂取をすると害になる可溶性シュウ酸を高蓄積する。そのため、エゾノギシギシの牧草化においては、シュウ酸に関係する代謝経路を解析し、低シュウ酸の系統を作出することが必要である。その一環として、本研究では、シュウ酸に関係する代謝変動を明らかにするため、$$gamma$$線をエゾノギシギシの種子に照射しメタボローム解析を行った。その結果、$$gamma$$線を照射した個体では非照射の個体よりもシュウ酸含有量が低下する傾向が見られた。シュウ酸含有量の少ない個体では共通してグルタミン,グルタミン酸,アスパラギンなどのアミノ酸が増加し、2-オキソグルタル酸やリンゴ酸などの有機酸が減少しており、主要な代謝物とシュウ酸との代謝関係を関連付けることができた。

口頭

放射線照射高シュウ酸植物のメタボローム解析

宮城 敦子*; 北野 沙也佳*; 大野 豊; 長谷 純宏; 川合 真紀*

no journal, , 

$$gamma$$線を照射した種子から発芽した高シュウ酸植物エゾノギシギシの成長調査およびシュウ酸をはじめとする一次代謝物のメタボローム解析を行った。0-3000Gyの$$gamma$$線照射を行った種子のうち、0-2000Gyでは発芽率が8割以上であったが、高線量($$>$$1000Gy)を照射した種子では多くの個体が本葉を形成できずに枯死した。また、500Gy以下の低線量照射個体で本葉を形成できた場合でも、第2葉以降の葉を形成できずに致死する個体も観察された。そのため、第2葉以降を形成可能な植物体を生育可能な個体とみなし、キャピラリー電気泳動-質量分析装置(CE-MS)を用いて、播種後1ヶ月の第3葉の解析を行った。その結果、線量依存的にシュウ酸含有量が減少し、非照射個体の約3分の1程度にまで低下した。また、シュウ酸含有量の低下した個体ではグルタミン,グルタミン酸,アスパラギンなどのアミノ酸が増加し、2OG(2-オキソグルタル酸)やリンゴ酸が減少する傾向が見られた。このことから、$$gamma$$線照射により、シュウ酸及びTCA回路の有機酸が減少した一方、アミノ酸の合成が促進されたと考えられた。

口頭

イオンビーム照射がエゾノギシギシのシュウ酸代謝に及ぼす影響

宮城 敦子*; 北野 沙也佳*; 川合 真紀*; 大野 豊; 長谷 純宏

no journal, , 

イオンビームがエゾノギシギシに及ぼす影響を調べるため、まず発芽後1ヶ月のイオンビーム照射個体の生存率を調査したところ、200Gy以上の照射個体は本葉を形成出来ず致死であった。そこで、100Gy以下の生存個体の第3葉におけるシュウ酸含有量をCE-MSを用いて測定した。その結果、イオンビーム照射個体では非照射個体に比べて可溶性シュウ酸の増加傾向が見られた。シュウ酸と他の代謝物との相関を明らかにするため、シュウ酸含有量の多い個体(138-166$$mu$$mol/gFW)、平均的な個体(73-80$$mu$$mol/gFW)、少ない個体(34-42$$mu$$mol/gFW)を10個体ずつ選抜し、計30個体のメタボローム解析を行った。その結果、シュウ酸の多い個体では有機酸が増加し、少ない個体ではアミノ酸が減少する傾向が見られた。イオンビーム照射によりアミノ酸合成が阻害されTCAサイクルの有機酸が蓄積した結果、シュウ酸が蓄積したためと考えらた。

口頭

イオンビームを照射した高シュウ酸植物エゾノギシギシの代謝解析

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

no journal, , 

タデ科のエゾノギシギシ${it Rumex obtusifolius}$は、繁殖力が旺盛であり、スイバ${it R. acetosa}$等の食用ギシギシよりもアミノ酸やビタミンC含有量が高い。しかしながら、シュウ酸も高蓄積するため、エゾノギシギシを食用とするためには低シュウ酸化が必要である。本研究ではエネルギー付与率が高く、より多様な変異が期待できるイオンビームの種子照射を行い、シュウ酸を中心とした代謝変動を解析した。具体的には、休眠打破のために1ヶ月程度低温(4$$^{circ}$$C)処理を行ったエゾノギシギシ種子に0-1000Gyのイオンビーム($$^{12}$$C$$^{6+}$$, 320MeV)を照射し、発芽後1ヶ月の植物体のシュウ酸含有量をCE-MSにより測定した。その結果、照射線量の増加に伴ってシュウ酸含有量が増加する傾向が示された。シュウ酸含有量に影響を及ぼす代謝物を探るため、シュウ酸以外の約50種の代謝物についても解析したところ、イオンビームによりシュウ酸が蓄積した個体ほどクエン酸などの有機酸が増加し、逆にアミノ酸や糖リン酸の減少傾向が見られた。

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