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論文

Analysis of DNA strand breaks induced by carbon ion beams in ${{it Arabidopsis}}$

寺西 美佳*; 山口 弘子*; 坂本 綾子; 日出間 純*

JAEA-Review 2014-050, JAEA Takasaki Annual Report 2013, P. 115, 2015/03

Ion beams induce DNA damage, such as strand breaks, possibly resulting in an increased mutation frequency. To elucidate the mechanism of mutation induction in plants, it is important to know about which DNA damage converted into a mutation. In this study, we examined the method for determining the number of DNA strand breaks induced by carbon ion beams in Arabidopsis seedlings. Seeds of Arabidopsis thaliana (wild-type Colombia) were aseptically sown on Murashige and Skoog agar plates. The seedlings were irradiated with carbon ion beams from an AVF cyclotron. After irradiation, whole plants were harvested immediately in order to detect the induced DNA strand breaks. The number of DNA strand breaks increased with increasing dose of carbon ion beams. Irradiation of seedlings with 960 Gy of carbon ion beams resulted in up to 2.3 strand breaks per megabase (Mb). In this study, only DNA double strand breaks can be detected using the non-denatured agarose gel electrophoresis. To elucidate the mechanism of mutation induction in plants, measurement of the extent of DNA damage other than DNA strand breaks should be needed. Further analysis is in progress.

論文

Isolation of a novel UVB-tolerant rice mutant obtained by exposure to carbon-ion beams

高野 成央*; 高橋 祐子*; 山本 充*; 寺西 美佳*; 山口 弘子*; 坂本 綾子; 長谷 純宏; 藤澤 弘子*; Wu, J.*; 松本 隆*; et al.

Journal of Radiation Research, 54(4), p.637 - 648, 2013/07

 被引用回数:11 パーセンタイル:51.49(Biology)

UVB radiation suppresses photosynthesis and protein biosynthesis in plants, which in turn decreases growth and productivity. Here, an ultraviolet-B (UVB)-tolerant rice mutant, ${it utr319}$ (${it UV Tolerant Rice 319}$), was isolated from a mutagenized population derived from 2,500 M1 seeds that were exposed to carbon ions. The ${it utr319}$ mutant was more tolerant to UVB than the wild type. Neither the levels of UVB-induced CPDs, nor the repair of cyclobutane pyrimidine dimers or (6-4) pyrimidine-pyrimidone photodimers was altered in the ${it utr319}$ mutant. Thus, the ${it utr319}$ mutant may be impaired in the production of a previously unidentified factor that confers UVB tolerance. To identify the mutated region in the ${it utr319}$ mutant, microarray-based comparative genomic hybridization analysis was performed. Two adjacent genes on chromosome 7were predicted to represent the mutant allele. Sequence analysis of the chromosome region in ${it utr319}$ revealed a deletion of 45,419 bp. Database analysis indicated that the Os07g0265100 gene, ${it UTR319}$, encodes a putative protein with unknown characteristics or function. In addition, the homologs of UTR319 are conserved only among land plants. Therefore, ${it utr319}$ is a novel UVB-tolerant rice mutant and UTR319 may be crucial for the determination of UVB sensitivity in rice, although the function of UTR319 has not yet been determined.

論文

Radiator design for detecting high-energy neutrons with a nuclear track detector

小田 啓二*; 今坂 雄一*; 山内 知也*; 中根 佳弘; 遠藤 章; 俵 裕子*; 山口 恭弘

Radiation Measurements, 40(2-6), p.570 - 574, 2005/11

 被引用回数:7 パーセンタイル:47.08(Nuclear Science & Technology)

原子核飛跡検出器は、中性子に対する積算型個人線量計として広く利用されているが、10数MeV以上の高エネルギー中性子に対しては感度が急激に低下する問題がある。そこで、高エネルギー中性子との核反応によって重荷電粒子を放出し、飛跡検出器と組合せることにより、検出効率及びエネルギー特性を改良できるラジエータを提案した。中性子との相互作用に基づく解析により、重水素化物質とポリエチレンから成る二層構造が検出効率の特性改善に有望であることを見いだした。この二重構造において、重水素化物質層は、ポリエチレン層で中性子との核反応により発生した陽子の減速材としての役割に加え、自らの層内で発生する重水素の供給源の役割も担っている。そしてTIARAの準単色中性子場を用いた照射実験により、軽水及び重水ラジエータの二重構造による増感効果を実験的に確認した。また二層の厚さを変えることにより、相対感度の中性子エネルギー依存性をある程度制御できることを見いだした。

口頭

高エネルギー中性子用モニタ・線量計の開発

遠藤 章; 佐藤 達彦; 佐藤 大樹; 志風 義明; 谷村 嘉彦; 三枝 純; 堤 正博; 山口 恭弘; 金子 広久; 小田 啓二*; et al.

no journal, , 

平成15$$sim$$17年度にわたり、連携重点研究「陽子加速器施設における線量評価に関する研究」において、高崎研TIARAを利用して行った高エネルギー中性子用モニタ,線量計の開発の成果を報告する。J-PARC等の高エネルギー加速器施設においては、遮蔽体を透過し線量寄与が大きい高エネルギー中性子に対する放射線防護が重要である。そこで、高エネルギー中性子に対して適切な線量応答特性を有する中性子モニタ,個人線量計の開発を進めるとともに、測定値の保証に不可欠な校正技術に関する研究を行った。モニタの開発では、液体シンチレータとデジタルオシロスコープを用いた信号解析技術により、1GeVまでの中性子に適用できるモニタを開発した。個人線量計の開発では、固体飛跡検出器に重水素化物質とポリエチレンから成る二層構造ラジエータを付加することで高エネルギー中性子に対する感度,エネルギー特性を改善する方法を見いだした。これを高速顕微鏡による高速読み取り技術と組合せ、積算型個人線量計として利用できる見通しを得た。校正技術の開発では、TIARA準単色中性子場の特性評価を行い、照射野内外の中性子スペクトル,散乱線の寄与割合等を評価し、今後の校正場構築のための基礎データを取得した。

口頭

1アミノ酸(134th)置換による好塩性nucleoside diphosphate kinaseの2量体-4量体変換

徳永 廣子*; 石橋 松二郎*; 有坂 文雄*; 新井 栄揮; 黒木 良太; 山口 類*; 荒川 力*; 徳永 正雄*

no journal, , 

ヌクレオシド二リン酸化キナーゼ(NDK)は、ほとんどの生物種に広く保存された酵素である。グラム陰性中度好塩菌${it Halomonas}$ sp. 593由来のNDK(HaNDK)とグラム陰性非好塩菌${it Pseudomonas aeruginosa}$由来NDK(PaNDK)は高い相同性(78% identity, 89% similarity)を示すにもかかわらず、前者は2量体構造、後者は4量体構造を形成する。両者のアミノ酸配列の比較や立体構造予測から、134番目のアミノ酸残基が複合体構造の違いに大きく関与していると予測された。また、HaNDKはGlu134をAlaに置換すると4量体を形成するようになり、逆にPaNDKはAla134をGluに置換すると2量体を形成することが判明した。これらの結果から、野生型HaNDK及び変異型PaNDKは、Glu134のマイナス電荷による反発的相互作用により、4量体形成が阻害されていることが示唆された。

口頭

シロイヌナズナにおけるイオンビーム誘発損傷の定量解析

寺西 美佳*; 山口 弘子*; 坂本 綾子; 日出間 純*

no journal, , 

放射線は生物のDNAに作用し、様々なDNA損傷(DNA鎖切断、酸化損傷など)を引き起こす。このDNA損傷の種類に応じて、機能する損傷修復機構が異なっており、修復機構の種類によって修復の正確さは異なっている。この正確さの違いが修復エラーにつながり、エラーの結果として生じる突然変異の違いにつながる。そのため、放射線照射によって誘発されるDNA損傷の種類と、その誘発頻度を定量的に解析することは、イオンビーム誘発突然変異のメカニズムを理解する上で重要である。そこで本研究では、イオンビームと$$gamma$$線によってシロイヌナズナに誘発されるDNA損傷を、二本鎖切断、一本鎖切断、酸化ピリミジン損傷に分け、定量した。その結果、野生型シロイヌナズナにおいて最も誘発されやすいDNA損傷は、カーボンイオンビームでは二本鎖切断、ヘリウムイオンビームと$$gamma$$線では一本鎖切断であった。発芽後7日齢のシロイヌナズナに照射した場合に第5葉の面積を50%減少させる線量(カーボンイオンビームは20Gy、$$gamma$$線は64Gy)で誘発されるゲノムあたりのDNA損傷数は、二本鎖切断がそれぞれ5.2個と8.3個、酸化ピリミジン損傷が2.6個と12.5個であった。酸化ピリミジン損傷は、$$gamma$$線でより多く誘発されており、吉原らにより報告されたG:CからA:TへのDNA変異頻度の上昇に関与する可能性が考えられた。

口頭

Analysis of DNA damages induced by ion beam, $$gamma$$ ray and UVB radiation in Arabidopsis

寺西 美佳*; 山口 弘子*; 坂本 綾子; 日出間 純*

no journal, , 

Radiation induce DNA damages, such as strand breaks, oxidative damage, and cyclobutane pyrimidine dimer (CPD) possibly resulting in an increased mutation frequency. Although it is important to know which DNA damage converted into a mutation, little is known about the types and extent of DNA damage induced by radiation in plant cells. We measured the number of DNA damages induced by ionizing radiation (carbon and helium ion beams, $$gamma$$ rays) and non-ionizing radiation (UVB) in Arabidopsis seedlings. The irradiated seedlings were harvested immediately and used for preparing an agarose plug, which were subjected to denature and non-denature agarose gel electrophoresis using static field electrophoresis and biased sinusoidal field gel electrophoresis. The number of DNA strand breaks were calculated using the molecular length standard curve and the quantity of DNA at each migration position as shown by the quantitative image data. As a result, irradiation of seedlings with 960 Gy of carbon ions resulted in up to 1.9 DNA double-strand breaks per megabase (Mb). Given that the total size of the Arabidopsis genome is 135 Mb, 960 Gy of carbon ions induce 257 DNA double-strand breaks per genome. Our results indicated that double-strand breaks were most inducible DNA damage by irradiation of carbon ions while single-strand breaks were most inducible by irradiation of helium ions and $$gamma$$ rays.

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