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論文

Improvement of symbiotic performance of ${it Sinorhizobium}$ with ${it Vigna marina}$ 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

${it Vigna marina}$ 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. ${it V. marina}$ can grow at 400 mM NaCl condition. Furthermore, the root nodules on ${it V. marina}$ have a symbiotic relationship with rhizobia that related to the genus ${it Sinorhizobium}$ having high stress tolerance (500 mM NaCl, 45 $$^{circ}$$C, pH 10.5). Above both symbiotic partners showed extremely high salt tolerance, however, ${it V. marina}$ cannot develop root nodules with ${it Sinorhizobium}$ at over 80 mM NaCl conditions. To improve symbiotic performance of ${it V. marina}$ with ${it Sinorhizobium}$ under high salt conditions, ${it Sinorhizobium}$ 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.

論文

Draft genome sequence of ${it Methylobacterium}$ sp. ME121, isolated from soil as a mixed single colony with ${it Kaistia}$ sp. 32K

藤浪 俊*; 武田 喜代子*; 小野寺 威文*; 佐藤 勝也; 清水 哲*; 若林 佑*; 鳴海 一成*; 中村 顕*; 伊藤 政博*

Genome Announcements (Internet), 3(5), p.e01005-15_1 - e01005-15_2, 2015/09

${it Methylobacterium}$ sp. ME121 was isolated from soil as a mixed single colony with ${it Kaistia}$ sp. 32K during our screening of L-glucose-utilizing microorganisms, and its growth was enhanced by coculture. It was expected that genomic analysis of this bacterium would provide novel information on coculture-dependent growth enhancement. The genomic information of symbiotic bacteria could be of use for studying the molecular mechanisms underlying microbial symbiosis. The draft genome sequence of ${it Methylobacterium}$sp. ME121 is 7,096,979 bp in total length and comprises 197 large contigs ($$>$$ 500 bp) that was deposited at DDBJ/EMBL/GenBank under the accession number BBUX00000000. The draft genome sequence shows that ${it Methylobacterium}$ sp. ME121 has some genes that encode putative methanol/ethanol family PQQ-dependent dehydrogenases involved in methylotrophy. Some unknown factor provided by the coculture may contribute to increase the growth of ${it Methylobacterium}$ sp. ME121.

論文

Genome analysis of the high temperature tolerant mutant of ${it Bradyrhizobium japonicum}$ 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 ${it Bradyrhizobium japonicum}$ 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 $$^{circ}$$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.

論文

Draft genome sequence of calcium-dependent ${it Paenibacillus}$ sp. strain TCA20, isolated from a hot spring containing a high concentration of calcium ions

藤浪 俊*; 武田 喜代子*; 小野寺 威文*; 佐藤 勝也; 佐野 元彦*; 高橋 優嘉*; 鳴海 一成*; 伊藤 政博*

Genome Announcements (Internet), 2(5), p.e00866-14_1 - e00866-14_2, 2014/09

Calcium-dependent ${it Paenibacillus}$ sp. strain TCA20 was isolated from a water sample of a hot spring containing a high concentration of calcium ions. Here, we report the draft genome sequence of this bacterium, which may be the basis for the research of calcium ion homeostasis. The draft genome sequence of ${it Paenibacillus}$ sp. strain TCA20 totals 5,631,463 bp in length and is composed of 33 large contigs ($$>$$ 500 bp) that was deposited at DDBJ/EMBL/Genbank under the accession no. BBIW00000000. The annotation of the draft genome sequence shows that ${it Paenibacillus}$ sp. strain TCA20 has a calcium-specific calcium/proton antiporter, ChaA, and a P-type calcium-transporting ATPase, YloB, was identified as calcium transporters. These transporters may also be important for the growth of ${it Paenibacillus}$ sp. strain TCA20 under the high concentration of calcium ions.

論文

Draft genome sequence of potassium-dependent alkaliphilic ${it Bacillus}$ sp. strain TS-2, isolated from a jumping spider

藤浪 俊*; 武田 喜代子*; 小野寺 威文*; 佐藤 勝也; 佐野 元彦*; 鳴海 一成*; 伊藤 政博*

Genome Announcements (Internet), 2(3), p.e00458-14_1 - e00458-14_2, 2014/05

The potassium-dependent alkaliphilic ${it Bacillus}$ sp. strain TS-2 was isolated from the mashed extract of a jumping spider, and its draft genome sequence was obtained. Comparative genomic analysis with a previously sequenced sodium-dependent alkaliphilic ${it Bacillus}$ species may reveal potassium-dependent alkaline adaptation mechanisms. The draft genome sequence of ${it Bacillus}$ sp. strain TS-2 was 4,360,646 bp in total length, comprised 58 large contigs ($$>$$ 500 bp) that was deposited at DDBJ/EMBL/Genbank under the accession number BAWL00000000. In the draft genome sequence of ${it Bacillus}$ sp. strain TS-2, two sets of ${it mrp}$ genes, which encode multisubunit secondary cation/proton antiporter-3 family proteins, were annotated. The Mrp complex acts as an Na$$^{+}$$/H$$^{+}$$ antiporter in typical alkaliphilic ${it Bacillus}$ species and plays a critical role in the sodium-dependent alkaline adaptation mechanism.

論文

Mutagenic effect of carbon ion beams in ${it Deinococcus radiodurans}$

佐藤 勝也; 小野寺 威文*; 武田 喜代子; 鳴海 一成*

JAEA-Review 2013-059, JAEA Takasaki Annual Report 2012, P. 110, 2014/03

In this study, we investigated mutant frequencies of two different antibiotic-resistant mutants for carbon ion beams in ${it Deinococcus radiodurans}$ and identified the mutation sites in the streptomycin-resistant (Sm$$^{rm R}$$) mutants. The Sm$$^{rm R}$$ mutant frequencies increased depending on radiation dose. It seems that this dose range is the best dose to generate the mutants of interest for research and breeding purpose. Four kinds of mutation sites at the ${it rpsL}$ locus were determined from 8 Sm$$^{rm R}$$ mutants. These mutations cause amino acid substitutions at position 43 (Lys to Thr or Arg) and 88 (Lys to Glu or Arg) in the S12 protein, respectively. The two hot spots at Lys43 and Lys88 in the S12 protein might be a binding target of streptomycin or adjacent to the center of streptomycin interaction with the ribosome.

論文

Identification of DNA mutation sites in a high temperature tolerant mutant of ${it Bradyrhizobium japonicum}$ USDA110 generated by ion-beam irradiation

武田 喜代子; 佐藤 勝也; 鳴海 一成*; 大津 直子*; 横山 正*

JAEA-Review 2013-059, JAEA Takasaki Annual Report 2012, P. 114, 2014/03

With the aims of utilization as a biofertilizer inoculant and elucidation of high-temperature tolerance mechanism of soybean nodule bacteria, we had applied the ion beam breeding technology to a strain ${it Bradyrhizobium japonicum}$ (${it diazoefficiens}$) USDA110. Consequently, we obtained a mutant named M14 that was able to maintain high viable cell numbers under high-temperature (42$$^{circ}$$C) for at least 7 days. Genome comparison with USDA110 revealed that (1) 1.27 Mbp inversion mutagenesis and (2) 84 single base mutations were occurred in M14. The acquirement of high temperature tolerance in M14 could be attributed to a large-scale inversion or small-scale mutations in the inverted region, or both.

論文

Draft genome sequence of sodium-independent alkaliphilic ${it Microbacterium}$ sp. strain TS-1

藤浪 俊*; 武田 喜代子; 小野寺 威文*; 佐藤 勝也; 佐野 元彦*; 鳴海 一成*; 伊藤 政博*

Genome Announcements (Internet), 1(6), P. e01043-13, 2013/12

Alkaliphilic ${it Microbacterium}$ sp. strain TS-1, newly isolated from the jumping spider, showed Na$$^{+}$$-independent growth and motility. Here, we report the draft genome sequence of this bacterium, which may provide beneficial information for Na$$^{+}$$-independent alkaline adaptation mechanisms. The draft genome sequence of ${it Microbacterium}$ sp. strain TS-1 was 3,396,165 bp in total length and comprised 3 large contigs (2,699,404 bp, 691,278 bp, and 5,483 bp) that was deposited at DDBJ/ EMBL/GenBank under the accession number BASQ00000000. The annotation of the draft genome sequence indicated that this bacterium has 3 sets of ${it mrp}$ genes, which encode multisubunit secondary cation/proton antiporter-3 family proteins for pH homeostasis. The annotation also indicated that this bacterium has genes involved in chemotaxis/flagellar components, including one set of ${it mot}$ genes.

論文

Phenotypic characterization of high temperature tolerant mutants of ${it Bradyrhizobium japonicum}$ USDA110 generated by ion-beam irradiation

武田 喜代子; 手島 光平*; 佐藤 勝也; 鳴海 一成; 横山 正*

JAEA-Review 2012-046, JAEA Takasaki Annual Report 2011, P. 107, 2013/01

We have tried to improve high temperature tolerance of ${it Bradyrhizobium japonicum}$ USDA110, which is a superior inoculant to soybean in temperate area, using ion beam breeding technology. Consequently, we have obtained 20 high-temperature tolerant mutants, which can survive at 43$$^{circ}$$C for at least 7 days. In this report, we show phenotypic characteristics of 3 mutants (strains M4, M5 and M6) that exhibit relatively higher tolerance among the mutants obtained. The colony of M4, M5 and M6 was smooth with glossy pale pink color unlike wild type. There might be a link between high temperature tolerance and these phenotypic changes. Therefore, we intend to identify factors causing these changes. The generation time of high-temperature tolerant mutants at 30$$^{circ}$$C was about 1.5 h shorter than that of wild type.

論文

The Effect of $$gamma$$-sterilization of biofertilizer's carrier on bacterial inoculants survival

手島 光平*; 横山 正*; 佐藤 勝也; 武田 喜代子; 鳴海 一成

JAEA-Review 2012-046, JAEA Takasaki Annual Report 2011, P. 112, 2013/01

Biofertilizer is a substance that holds beneficial microorganisms for plant growth in the carrier such as peat, perlite, charcoal and soil. To use biofertilizer more efficiently, it is necessary to keep the amount of viable inoculants in the biofertilizer for a definite period of time. $$gamma$$-irradiation is expected to sterilize the carrier materials without changes in physical and chemical properties. In this study, to demonstrate the effectiveness of $$gamma$$-sterilization, the survivals of inoculants were monitored for the nitrogen-fixing bacteria ${it Bacillus pumilus}$ strain TUAT1 and ${it Azospirillum}$ sp. strain MAFF210364.

論文

The Effect of $$gamma$$-sterilization of carrier materials made with different types of soils on the shelf life of biofertilizer containing ${it Bradyrhizobium japonicum}$ strain USDA110

手島 光平; 佐藤 勝也; 武田 喜代子; 横山 正*; 鳴海 一成

Radioisotopes, 61(4), p.161 - 171, 2012/04

バイオ肥料とは、植物生育を促進する細菌をピートや土壌などの担体に生きたまま保持した資材であり、施肥効果の高いバイオ肥料を開発するためには、保存中の接種菌数を長期間維持する技術が必要である。そこで、土着菌を$$gamma$$線により滅菌した担体を用いてダイズ根粒菌のバイオ肥料を作製し、保存中の接種菌密度の変化を調べた。担体として国内の代表的な土壌5種類を供試し、$$gamma$$線滅菌(50kGy)及びオートクレーブ滅菌(121$$^{circ}$$C, 40min)処理した後、ダイズ根粒菌${it Bradyrhizobium japonicum}$ USDA110株を接種した。バイオ肥料を4$$^{circ}$$C及び30$$^{circ}$$Cで1年間保存し、接種菌の生菌数の経時的推移を調べた。その結果、滅菌しない担体では接種菌が減少したが、滅菌した担体では接種菌の増加が見られた。供給安定性、低線量$$gamma$$線照射での高い滅菌効果、接種菌密度の保持性を考慮すると、被検土壌の中でケト土がバイオ肥料担体として最も適していると考えられた。

論文

Colony morphology of high temperature tolerant mutants of ${it Bradyrhizobium japonicum}$ USDA 110 obtained by ion-beam microbial mutation-breeding technology

武田 喜代子; 手島 光平; 佐藤 勝也; 鳴海 一成; 横山 正*

JAEA-Review 2011-043, JAEA Takasaki Annual Report 2010, P. 110, 2012/01

In order to prevent deterioration in viability of inoculants in biofertilizers exposed to high temperature, we are trying to improve a phenotypic character concerning high temperature tolerance in ${it Bradyrhizobium japonicum}$ USDA 110, which is a worldwide superior inoculant to soybean. In this study, ion-beam microbial mutation-breeding technology is used to generate high temperature tolerant mutants. We obtained 9 high temperature tolerant mutants that can survive at 45$$^{circ}$$C for 5 days. These mutants were classified into 3 groups in terms of differences in colony morphology and colony size. We will carry out further characterization of those isolates in terms of temperature tolerant and symbiotic characters.

論文

Phenotypic improvement of ${it Bradyrhizobium japonicum}$ USDA 110 into a high temperature tolerant strain in terms of ion-beam microbial mutation-breeding technology

武田 喜代子*; 手島 光平; 佐藤 勝也; 鳴海 一成; 横山 正*

JAEA-Review 2010-065, JAEA Takasaki Annual Report 2009, P. 75, 2011/01

Major constraint of biofertilizer utilization in agricultural practice is a serious deterioration of qualities in biofertilizers under both storage and transportation conditions. In order to prevent deterioration in variability of inoculants in biofertilizers exposed to high temperature, we are trying to improve a phenotypic character concerning high temperature tolerant in ${it Bradyrhizobium japonicum}$ USDA 110, which is a worldwide superior inoculant to soybean. In this study, ion-beam microbial mutation-breeding technology is used to generate high temperature tolerant mutants. We obtained high temperature tolerant mutants of ${it B. japonicum}$ USDA 110, which can survive at 45$$^{circ}$$C for 5 days. Now, we are characterizing these mutants in terms of differences in several phenotypic properties.

口頭

炭素イオンビーム照射による高温耐性ダイズ根粒菌の作出

武田 喜代子*; 手島 光平; 佐藤 勝也; 鳴海 一成; 横山 正*

no journal, , 

化学肥料からの脱却を目指し、東南アジア等では、作物生産に根粒菌等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・乾燥によるバイオ肥料の品質低下等の問題があり改良が望まれている。そこで、炭素イオンビーム照射による高温耐性ダイズ根粒菌の作出を試みた。ダイズ根粒菌${it Bradyrhizobium japonicum}$ USDA110株を供試菌株とし、原子力機構高崎量子応用研究所のイオンビーム照射施設(TIARA)にて炭素イオンビームを凍結乾燥菌体に照射した。照射菌体をYM寒天培地で28$$^{circ}$$C・4日間培養した後、菌体をYM寒天培地に塗抹して45$$^{circ}$$Cで14日間静置、又はYM液体培地に懸濁して45$$^{circ}$$Cで5日間静置し、それぞれ28$$^{circ}$$Cで4日間再び培養して生存する菌を高温耐性獲得変異株として選抜した。その結果、照射した菌体から、45$$^{circ}$$Cで5日間生存可能な高温耐性獲得変異株が得られた。

口頭

Phenotypic improvement of ${it Bradyrhizobium japonicum}$ USDA110 into a high temperature tolerant strain in terms of ion-beam microbial mutation-breeding technology

武田 喜代子*; 手島 光平; 佐藤 勝也; 鳴海 一成; 横山 正*

no journal, , 

炭素イオンビーム照射による高温耐性ダイズ根粒菌の作出を試みた。はじめに、イオンビーム照射菌株の生存率、及びリファンピシン耐性をマーカーとした突然変異率を指標として、変異誘発に最適な炭素イオンビーム線量を決定した。その結果、100Gy$$sim$$400Gy程度のエネルギー量が突然変異誘発に適した条件であると考えられた。次に、イオンビーム照射菌株を45$$^{circ}$$Cで5日間静置し、生存している菌株の選抜を行った。その結果、300Gy及び400Gy照射区から生存する菌株を6株取得した。得られた株を16S-rRNAのシークエンスの比較により同定した結果、すべての株がUSDA110株からの変異株と判定された。

口頭

新規バイオ肥料素材創生のためのイオンビーム突然変異育種による高温耐性ダイズ根粒菌USDA110株の作出

横山 正*; 武田 喜代子*; 手島 光平; 佐藤 勝也; 鳴海 一成

no journal, , 

化学肥料からの脱却を目指し、東南アジア等では、作物生産に根粒菌等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・乾燥によるバイオ肥料の品質低下等の問題があり改良が望まれている。そこで、炭素イオンビーム照射による高温耐性ダイズ根粒菌の作出を試みた。現在までに、300及び400Gy照射区から45$$^{circ}$$Cで生存する菌株を6株取得した。今後は、これらの変異株の根粒形成能力を調べる予定である。また、変異の原因遺伝子を同定するため、野生株のmRNAと変異株のmRNAの網羅的な比較解析を次世代シークエンサーにより開始している。

口頭

Improvement of ${it Bradyrhizobium japonicum}$ USDA 110 into a high temperature tolerant strain as a more applicable inoculant for biofertilizers in terms of ion-beam microbial mutation-breeding technology

横山 正*; 武田 喜代子; 手島 光平; 佐藤 勝也; 鳴海 一成

no journal, , 

バイオ肥料普及の大きな障害の一つに、保存及び輸送時における高温・乾燥によるバイオ肥料接種菌の死滅が上げられる。そこで、ダイズへの接種剤として世界的に優れている${it Bradyrhizobium japonicum}$ USDA 110株の表現形質を高温耐性に改良することを試みた。本研究では、高温耐性株を作出するために、イオンビーム微生物突然変異育種技術を用いた。原子力機構TIARAにて、炭素イオンビームを800Gyまで細胞に照射後、液体培地中45$$^{circ}$$Cで5日間培養し、生き残った株を得た。高温耐性変異株は、コロニーの形状と増殖速度の違いから3グループに分けられた。3グループのうち、薄桃色の小型コロニーを形成するグループの高温耐性が最も高かった。根粒着生や窒素固定能といった共生能力は高温耐性変異株と親株で差異は認められなかった。

口頭

炭素イオンビーム照射によって作出した高温耐性ダイズ根粒菌の生理・生化学的な特徴

武田 喜代子; 手島 光平; 佐藤 勝也; 鳴海 一成; 横山 正*

no journal, , 

根粒菌の生育適温は28から31$$^{circ}$$Cであり、その大部分は37$$^{circ}$$C以上では生育できないと言われている。しかし、生育適温が高くなれば、高温環境等での生育が可能になり、農業上も有用である。そこで、われわれはイオンビームを用いた微生物突然変異育種により、45$$^{circ}$$Cで5日間生残可能な菌株を9株取得した。本研究では、これら高温耐性株のコロニー形態や世代時間、共生機能等の一次的な生理・生化学的な特徴を解析し、高温耐性能との関連性の有無を検証した。9株の高温耐性株のうち、高温暴露時に高い生存率を示した上位3株は、培養5日後のコロニーサイズが野生株や他の変異株より小さく、また、そのコロニー色もピンク色を呈し、他の株等とは明瞭に区別できた。これら変異株が示すコロニーの性状変化が高温耐性能獲得と何らかの関連性がある可能性が示された。

口頭

バイオ肥料担体の$$gamma$$線滅菌が原体微生物の生存に与える影響

手島 光平; 横山 正*; 佐藤 勝也; 武田 喜代子; 鳴海 一成

no journal, , 

現在の農業において必要不可欠な化学窒素肥料は窒素換算で年間約8800万トン生産され、そのために多くの化石エネルギーが消費されている。この化石エネルギー消費型の農業から持続可能な農業へ転換するためのひとつの手段として、共生窒素固定細菌等を供するバイオ肥料の普及が期待されている。バイオ肥料とは、根粒菌などの窒素固定細菌や植物生長を促進する菌を泥炭(ピート)や土壌などの担体に生きたまま保持した資材であり、施肥効果の高いバイオ肥料を開発するためには、接種菌(原体微生物)の生存数を長期間維持する技術が必要である。バイオ肥料保存中の接種菌数の低下は、担体土着の微生物との競合も要因のひとつと考えられる。そこで、土着の微生物を$$gamma$$線により滅菌した担体を用いてダイズ根粒菌及び窒素固定細菌のバイオ肥料を作製し、保存中の接種菌密度の変化を調べた。

口頭

$$gamma$$線滅菌担体におけるバイオ肥料原体微生物の生存性

手島 光平; 佐藤 勝也; 武田 喜代子; 横山 正*; 鳴海 一成

no journal, , 

バイオ肥料とは、窒素固定細菌や植物生長を促進する菌を泥炭や土壌などの担体に生きたまま保持した資材であり、施肥効果の高いバイオ肥料を開発するためには、接種菌(原体微生物)の生存数を長期間維持する技術が必要である。そこで、ダイズ根粒菌${it Bradyrhizobium japonicum}$ USDA110株及び窒素固定細菌${it Bacillus pumilus}$ TUAT1株のバイオ肥料を作製し、接種菌の生存性から$$gamma$$線滅菌担体の有効性を調べた。USDA110株の密度は非滅菌担体では保存期間とともに低下したが、滅菌担体では2か月目までは増加し、その後減少に転じた。また、$$gamma$$線滅菌担体ではオートクレーブ滅菌担体よりも接種菌密度の増加量が大きい傾向が見られた。根粒菌バイオ肥料においては、担体の滅菌は接種菌の密度を維持するために有効であり、オートクレーブ滅菌に比べ$$gamma$$線滅菌の方がより有効である可能性が示された。一方、TUAT1株の密度の推移は担体によって異なっており、担体母材の違いによっては滅菌処理の影響を受けやすいことが示唆された。

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