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論文

Analysis of mutant frequencies for different LET radiations in ${it Deinococcus radiodurans}$

佐藤 勝也; 手島 光平*; 小野寺 威文; 鳴海 一成

JAEA-Review 2012-046, JAEA Takasaki Annual Report 2011, P. 103, 2013/01

${it Deinococcus radiodurans}$ exhibits extraordinary resistance to the lethal effects of ionizing radiations. This resistance has been attributed to its highly proficient DNA repair capacity. In this study, we investigated antibiotics-resistant mutant frequencies for different LET radiations in ${it D. radiodurans}$. Rifampicin is one of the antibiotics that inhibit RNA synthesis by directly interacting with the RNA polymerase beta subunit protein encoded by ${it rpoB}$ gene. By genetically altering the ${it rpoB}$ gene in genome, Rif$$^{R}$$ mutant can be generated. The Rif$$^{R}$$ mutant frequencies increased depending on radiation dose. The highest Rif$$^{R}$$ mutant frequencies were observed at a dose range that give 10$$^{-1}$$ to 10$$^{-2}$$ of surviving fraction. There is the possibility that this dose range is the best dose to generate the mutants of interest for research and breeding purposes.

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

出芽酵母ゲノム健常性に対するイオンビーム照射効果

布柴 達男*; 平澤 佑啓*; 山内 理子*; 佐藤 勝也; 手島 光平*; 小野寺 威文; 鳴海 一成

JAEA-Review 2012-046, JAEA Takasaki Annual Report 2011, P. 111, 2013/01

The LOH (loss of heterozygosity) induction by various ion beam radiations was investigated in diploid ${it Saccharomyces cerevisiae}$. The ion beams $$^{12}$$C$$^{5+}$$, $$^{12}$$C$$^{6+}$$, $$^{4}$$He$$^{2+}$$ and $$^{40}$$Ar$$^{13+}$$ at the lowest dose (75, 75, 200 and 150 Gy, respectively), which had 30-50% lethality, induced LOH with 10-fold higher frequency. The LOH induction was predominantly ($$sim$$90%) resulted from gene conversion or crossover through homologous recombination, and followed by chromosome loss through chromosome mis-segregation. Induction of LOH by $$^{12}$$C$$^{5+}$$ was also examined in ${it S. cerevisiae}$ deficient in AP endonuclease (Apn1), translesion DNA polymerases Pol$$eta$$ encoded by Rad30 and Pol$$zeta$$ encoded by Rev3 and Rev7. Pol$$zeta$$ may be involved in the induction of LOH, because a slight induction of LOH by $$^{12}$$C$$^{5+}$$ was observed in the Rev3-deficient strain.

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 Role of ${it Deinococcus radiodurans}$ RecFOR proteins in homologous recombination

佐藤 勝也; 菊地 正博; Ishaque, A. M.*; 大庭 寛史*; 山田 貢; 手島 光平; 小野寺 威文; 鳴海 一成

DNA Repair, 11(4), p.410 - 418, 2012/04

 被引用回数:21 パーセンタイル:35.97(Genetics & Heredity)

放射線抵抗性細菌の相同組換え機構におけるRecFORタンパク質の役割を明らかにするために、${it recF}$, ${it recO}$及び${it recR}$遺伝子破壊株を作製し、分子遺伝学及び分子生物学的解析を行った。${it recR}$遺伝子破壊株では、形質転換効率の著しい低下が見られたことから、RecRタンパク質は、細胞内に取り込んだ外来DNAの安定性に関与していることがわかった。また、${it recF}$遺伝子破壊株は、他の遺伝子破壊株に比べて、$$gamma$$線,紫外線及びマイトマイシンCに非常に感受性を示した。これらの高い感受性は、RecFタンパク質が、組換え修復タンパク質RecAの活性化に重要な役割を担っていることに起因していることがわかった。以上のことから、放射線抵抗性細菌の効率的なDNA鎖切断修復を担うextended synthesis-dependent strand annealing(伸長合成依存的DNA鎖対合)経路の初期段階として、RecF及びRecRタンパク質は、RecAタンパク質の活性化とDNAの安定性にそれぞれ関与していることを明らかにした。

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

Lethal effects of different LET radiations in gene disruptant strain of ${it Deinococcus radiodurans}$

佐藤 勝也; 手島 光平; 小野寺 威文; 鳴海 一成

JAEA-Review 2011-043, JAEA Takasaki Annual Report 2010, P. 106, 2012/01

In this study, we investigated lethal effects of different LET radiations in ${it recA}$ and ${it pprA}$ gene disruptant strains and determined the relationship between LET and RBE. In both gene disruptant strains, radiosensitivities to four kinds of ion beams ($$^{4}$$He$$^{2+}$$, $$^{12}$$C$$^{6+}$$, $$^{12}$$C$$^{5+}$$ and $$^{20}$$Ne$$^{8+}$$) were almost equal to that of the $$gamma$$ rays. Both gene disruptant strains did not exhibit the dependence of LET on RBE at range of LET from about 0.2 to 441 keV/$$mu$$m. These results indicate that RecA-mediated HR and PprA-mediated NHEJ mechanisms in ${it Deinococcus radiodurans}$ play important roles in repairing the ion beams-induced clustered damage as well as the $$gamma$$ ray-induced damage.

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

The Long-term storage of Rhizobial biofertilizer made from $$gamma$$-sterilized carriers

手島 光平; 横山 正*; 佐藤 勝也; 鳴海 一成

JAEA-Review 2011-043, JAEA Takasaki Annual Report 2010, P. 114, 2012/01

The inoculants survival in the biofertilizer could be affected by the physical and chemical properties of carrier materials and by the competition with native microbes in the carrier. $$gamma$$-irradiation is expected to sterilize the carrier materials without changes in physical and chemical properties. In an effort to demonstrate the effectiveness of $$gamma$$-sterilization, the survivals of inoculants were monitored to assess the shelf life of biofertilizer. The inoculants density after 12-month storage was greater than the initial density in biofertilizers made from sterilized carriers, while that was significantly decreased in biofertilizers made from non-sterilized carriers. $$gamma$$-sterilization was superior to autoclave-sterilization in enhancing the survival of inoculants. Because of the stability of supply, the high sterilization effect with lower radiation doses, and the high performance in maintaining the inoculants density, "Keto-tsuchi" was selected as one of the most suitable for a biofertilizer's carrier.

論文

イオンビームを用いた微生物育種による新規有用形質の獲得

手島 光平; 佐藤 勝也; 鳴海 一成

土と微生物, 65(1), p.78 - 82, 2011/04

世界的な人口増加に伴い、食料の増産・安定的な供給及び地球環境の保全は非常に重要な課題である。世界の農業生産力は2004年をピークに減少し、食料の消費量が生産量を上回っており、自給率の低い我が国にとっては由々しい状況であるといえる。一方、地球環境汚染や地球温暖化の進行速度が近年ますます増加し、この現象に対して歯止めをかける必要がある。食料の増産・安定的な供給及び地球環境の保全を可能にするためには、環境耐性や新機能性を持つ生物資源の拡大が必要である。突然変異育種は、生物資源の拡大の基礎をなすものであり、日本原子力研究開発機構・量子ビーム応用研究部門では、世界最初の材料・バイオ研究のための専用施設として高崎量子応用研究所に設置されたイオンビーム照射研究施設TIARAのサイクロトロンを用いて、1990年からイオンビームを用いた突然変異育種の研究に取り組んできた。本解説では、イオンビームを用いた植物の突然変異育種と微生物育種への応用の現状を概説する。

論文

The Effect of $$gamma$$-sterilization of biofertilizer's carrier on the density of rhizobial inoculants

手島 光平; 鳴海 一成

FNCA Biofertilizer Newsletter, (9), P. 3, 2011/03

効率の良いバイオ肥料を開発するためには、接種菌の生存数を維持した状態で比較的長期間保存できることが必要不可欠である。バイオ肥料の保存中における接種菌密度の低下は、担体中に存在する微生物との競合も要因のひとつと考えられる。そこで、土壌を母材とした担体を用い、$$gamma$$線滅菌により競合相手となり得る微生物の密度を低下させた場合のバイオ肥料中での接種菌密度の変化を調べ、オートクレーブ滅菌及び非滅菌と比較した。その結果、滅菌担体では1, 2か月目に接種根粒菌密度の増加が見られ、その後徐々に低下するものの6か月後でも初期の菌密度を維持していた。1, 2か月目の接種根粒菌密度の増加は$$gamma$$線滅菌担体の方が大きい傾向が見られた。

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.

論文

Lethal effects of different LET radiations in ${it Deinococcus radiodurans}$

佐藤 勝也; 手島 光平; 鳴海 一成

JAEA-Review 2010-065, JAEA Takasaki Annual Report 2009, P. 80, 2011/01

In this study, we investigated lethal effects and relationship between LET and RBE for different LET radiation using the freeze-dried cells of the radioresistant bacterium ${it Deinococcus radiodurans}$. The radioresistance of the cells to helium, carbon and neon ion beams were almost equal to that of $$gamma$$-irradiated cells. Unlike other organisms, ${it Deinococcus radiodurans}$ did not show the dependence of LET on RBE at a range of LET from about 0.2 to 441 keV/$$mu$$m. These results suggest that ${it Deinococcus radiodurans}$ could repair the clustered damage effectively.

論文

The Effect of $$gamma$$-sterilization of carrier materials on the shelf life of biofertilizer

手島 光平; 横山 正*; 佐藤 勝也; 鳴海 一成

JAEA-Review 2010-065, JAEA Takasaki Annual Report 2009, P. 83, 2011/01

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(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、保存中における接種菌(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、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。非滅菌担体では接種菌の密度は保存期間とともに低下していたが、30$$^{circ}$$C保存に比べ4$$^{circ}$$C保存の方が緩やかに減少していた。一方、滅菌担体の接種菌密度は2か月目までは増加し、その後減少に転ずる傾向が見られた。特に、30$$^{circ}$$C保存の$$gamma$$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かった。以上の結果から、バイオ肥料を低温で保存できない場合、滅菌処理した担体が接種菌の密度を維持するために有効であることが示された。また、$$gamma$$線滅菌がより有効であることが示された。

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

The Advantage of $$gamma$$-irradiation of biofertilizer's carrier in bacterial inoculants survival

手島 光平; 横山 正*; 佐藤 勝也; 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(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、農業生産における普及が期待されている。しかし、土着菌との競合が弱い場合などを除けば、安定した顕著な効果を示す実用技術は確立されていない。効率の良いバイオ肥料を開発するためには、接種菌の生存数を維持した状態で比較的長期間保存できることが必要不可欠である。バイオ肥料の保存中における接種菌密度の低下は、担体中に存在する微生物との競合も要因のひとつと考えられる。そこで、土壌を母材とした担体を用い、$$gamma$$線滅菌により競合相手となり得る微生物の密度を低下させた場合のバイオ肥料中での接種菌密度の変化を調べ、オートクレーブ滅菌及び非滅菌と比較した。

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

放射線抵抗性細菌の相同組換え機構におけるRecFORタンパク質の重要性

佐藤 勝也; 菊地 正博; 大庭 寛史*; 山田 貢; 手島 光平; 小野寺 威文; 鳴海 一成

no journal, , 

放射線抵抗性細菌の相同組換え機構におけるRecFORタンパク質の役割を明らかにするために、RecF, RecO及びRecR欠損株を作製し、分子遺伝学及び分子生物学的解析を行った。欠損株の$$gamma$$線,紫外線及びマイトマイシンCの各変異原に対する耐性は、いずれもRecF欠損株$$<$$RecO欠損株$$<$$RecR欠損株の順であった。このことは、各変異原によって誘発されるDNA損傷の修復には、RecFORの中でRecFタンパク質の機能が最重要であることを示している。また、欠損株における遺伝子交換反応の頻度は、RecF欠損株$$>$$RecO欠損株$$>$$RecR欠損株の順であった。このことから、遺伝子交換反応には、RecFORの中でRecRタンパク質の機能が最重要であることがわかった。以上の結果から、DNAに損傷がある場合の相同組換えとDNAに損傷がない場合の相同組換えではRecFタンパク質とRecRタンパク質の重要度が逆転しており、それぞれの反応で相同組換えのメカニズムが異なるということを明らかにした。

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

放射線抵抗性細菌における異なるLET放射線に対する致死効果

佐藤 勝也; 手島 光平; 鳴海 一成

no journal, , 

放射線抵抗性細菌は、他の生物にとって致死的効果あるいは変異原性を示す電離放射線,紫外線,薬剤に対して極めて抵抗性であり、これはこの菌が非常に高いDNA修復能力を持つことに起因している。特筆すべきは、この菌がDSBに対しても、高い修復能力を持っている点である。しかしながら、放射線抵抗性細菌におけるLET依存性生物効果については、ほとんど知られていない。そこで、本研究では、異なるLET放射線に対する致死効果及びLETとRBEの関係について解析を行った。凍結乾燥菌体のHe, C及びNeイオンビームに対する抵抗性は、$$gamma$$線に対する抵抗性とほぼ同程度であり、放射線抵抗性細菌は、LETが0.2から441keV/$$mu$$mの領域でRBEにLET依存性が見られなかった。これらの結果は、放射線抵抗性細菌がイオンビーム誘起されるクラスター損傷も効果的に修復できることを示唆している。

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