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岸田 敬吾*; 菊地 正博; 中村 秀夫*; 小林 泰彦; 鵜飼 光子*
JAEA-Review 2014-050, JAEA Takasaki Annual Report 2013, P. 90, 2015/03
Radiation induced radicals in irradiated foods were analyzed with Pulse-ESR. The specimens were rice and wheat flour. We also analyzed 22 kinds of amino acids contained in foods to compare with the food specimens. Radiation dose level was 50,100 and 200 kGy. We could not detect any signals in all specimens before irradiation treatment. Upon radiation treatment one broad signal was detected. Using Pulse-ESR, we succeeded to detect field swept echo signal in some irradiated amino acid specimens and to analyze the relaxation times (T
and T
). It is concluded that ESR is very useful to analyze the radiation induced radicals in irradiated foods.
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
(Polygonaceae) is a weed, which spreads all over the world. It contains amino acids and ascorbate (Vitamin C) more than other edible 
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 (
C
) 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 
rays. High oxalate plants tended to contain high levels of organic acids. Amino acids and phosphorylated organic acids were decreased in these plants.
)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 
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 . Previously we screened regenerated shoots regenerated from stems exposed with cobalt-60 source of rays and isolated two mutant candidates named 
and 
. 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 C ion beams.
pink mutants through ion beam irradiationZaiton, 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 
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 C 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.
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。
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(
)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
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。
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。
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。
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(
)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
の6系統・品種(GA5252, GA5252
4x, U-84, U-100, メキシコ系および伊那市桃色系統)を用いた。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、線では200
500Gy、炭素イオンビームでは60120Gyが適正な線量と考えられた。
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
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遺伝子の変異株である
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/
mのHeイオン、113keV/mのCイオン及び352keV/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。
田中 淳; 長谷 純宏; 大野 豊; 石川 秀高*; 小池 亜紀*
JAEA-Review 2014-050, JAEA Takasaki Annual Report 2013, P. 107, 2015/03
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、その活動の1つとして放射線育種プロジェクトがある。本プロジェクトでは、イネの突然変異育種を共通のテーマとして現在活動を展開している。2013年度から「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)」をテーマとし、10か国が参加して新たなプロジェクトが開始された。これまでの主要な成果として、バングラデシュでは、品種BRRIdhan29への炭素イオンの40Gy照射により、穂長が長く、多収の変異体を獲得した。インドネシアでは、炭素イオンの10Gyまたは20Gy照射により、早生で多収であるIB-3などの6系統の変異体を獲得した。マレーシアでは、品種MR219から、早生,穂数,千粒重,収量などに関する31の変異系統を獲得した。また、ベトナムでは、品種BacthomやKhandanへの照射により、収量や芳香に関する変異体の選抜を行っている。
川村 一徳*; 吉原 一成*; 長谷 純宏
JAEA-Review 2014-050, JAEA Takasaki Annual Report 2013, P. 116, 2015/03
本研究では、カリブラコア(
),マンデビラ(
),ダリア(
),イベリス(
),マーガレット(
)等の園芸植物において、イオンビーム照射による花色・花形、草姿等の突然変異体を作出することを目指し、変異誘発のための照射条件の検討を行った。カリブラコア及びマンデビラでは炭素イオンビームを使用し、カリブラコアでは10Gy以下、マンデビラでは20 30Gyが適正な線量と考えられた。ダリアではヘリウムイオンを使用し、810Gyが適正な線量と考えられた。イベリス及びマーガレットでは、炭素イオンとヘリウムイオンの両方を用いたが、照射線量に関わらず生存率が低いため、試料調整方法の再検討が必要である。なお、本成果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によるものである。
exhibiting different anthocyanin accumulation patterns北村 智; 大野 豊; 鳴海 一成*
JAEA-Review 2014-050, JAEA Takasaki Annual Report 2013, P. 72, 2015/03
イオンビームは新しい変異体を誘発するのに効果的である。既存のイオンビーム変異体に対するイオンビーム再照射は、イオンビームがゲノムの一部のみを改変する特徴を活かした変異誘発法で、植物の形質を一歩ずつ改変していくのに有効である。今回、シロイヌナズナにおいてイオンビーム照射法を適用し、従来法では得られないような色素蓄積変異体の選抜を行った。
佐藤 勝也; 上田 涼史郎; 長谷 純宏; 鳴海 一成*; 大野 豊
JAEA-Review 2014-050, JAEA Takasaki Annual Report 2013, P. 117, 2015/03
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. We investigated which members are better suited for Cs-accumulation in the genus 
(
, 
, 
, 
, 
and 
) exhibit extraordinary radioresistant. The Cs concentration in the cells exhibited over 4-fold compared with that of the 
by atomic absorption spectrometer analysis. This result suggested that and are best two suitable species for the development of high Cs-accumulating bacteria by ion beam breeding technology.
上田 涼史郎; 佐藤 勝也; 林 秀謙*; 鳴海 一成*; 大野 豊
JAEA-Review 2014-050, JAEA Takasaki Annual Report 2013, P. 118, 2015/03
It is suggesting a possibility that the polyphosphate granules in cells could accumulate harmful metal ions such as radiocesium to protect the cells from cytotoxicity. has been considered as a microorganism for bioremediation under highly radioactive contaminated environments. We generated the polyphosphate biosynthesis-related genes (
and 
) disruptant strains and characterized their disruption effect to clarify the role of polyphosphate for the accumulation of cesium in . The intracellular levels of polyphosphates in the disruptant and overexpressing strains were almost same and slightly increased, respectively. On other hand, the intracellular level of polyphosphates significantly increased in the disruptant strains, suggesting that the gene plays an important role in the accumulation of polyphosphate in .
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 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 
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.
ray-induced mutagenesis西東 力*; Fitriana, Y.*; 佐藤 勝也; 大野 豊; 鳴海 一成*
JAEA-Review 2014-050, JAEA Takasaki Annual Report 2013, P. 121, 2015/03
Entomopathogenic fungi, such as 
, are economically important agents for integrated pest management programmes of insect pests. However, negative effects of temperature, such as heat stress that exceeds 35 C, can have serious deleterious effects on conidial germination and persistence, vegetative growth, sporulation, and/or the infection process in these entomopathogenic fungi. In this study, we attempted to enhance thermotolerance in a model entomopathogenic fungus, 
, by mutagenesis using ion beams or rays and evaluated the relative virulence of the resulting mutants compared with the wild-type isolates. In conclusion, ion beams and rays are useful tools for improving biological characteristics, such as thermotolerance and fungicide-tolerance, in entomopathogenic fungi, but the mutants obtained in this study must be carefully evaluated for unpredictable negative side effects.
荻野 千秋*; 山田 良祐*; 佐藤 勝也; 大野 豊
JAEA-Review 2014-050, JAEA Takasaki Annual Report 2013, P. 122, 2015/03
Ethanol fermentation from hydrolyzed lignocellulosic biomass with yeast is very important. However, in common sense, there are several chemical inhibitors for yeast from hydrolyzed biomass. Therefore, screening of yeast strain, possessing the tolerance properties against these chemical inhibitors, should be found from nature resources or mutant libraries. In this research, by carbon ion beam irradiation, the screening of candidate yeast strains was performed. Compared with wild type strain, the ethanol production yield was improved in the case of selected strain. It was assumed that the carbon ion beam irradiation could be influence to yeast cell, and improve the metabolic pathway. In future, by using this selected yeast, the ethanol fermentation from hydrolyzed biomass with high efficiency would be performed.
増渕 隆*; 日向 弘和*; 上田 涼史郎; 林 秀謙*; 池永 裕*; 佐藤 勝也; 大野 豊
JAEA-Review 2014-050, JAEA Takasaki Annual Report 2013, P. 123, 2015/03
We analyzed genome sequence of the high ethyl caproate producing sake yeast mutant (No.227) generated by ion beam breeding in order to investigated factors contributing the reduced ability to alcohol fermentation. In the high ethyl caproate producing sake yeast, four pyruvate decarboxylase genes (PDC), six alcohol dehydrogenase genes (ADH), two biotin synthesis genes (BIO) and chitinase gene (CTS1) might be involved in the reduced ability to alcohol fermentation. The genome sequence of the strain No.227 was determined by a whole-genome shotgun strategy using pyrosequencing method and compared with the whole-genome sequence of the sake yeast strain Kyokai 7, which is characterized by the fermentation property, as a reference sequence. For the PDC, ADH, BIO and CTS1 loci, no mutation was found in the strain No.227, suggesting that these genes did not involved in the reduced ability to alcohol fermentation.
evaluation of 
Cu-labeled peptide for tumor imaging須郷 由美; 佐々木 一郎; 渡辺 茂樹; 大島 康宏; 石岡 典子
JAEA-Review 2014-050, JAEA Takasaki Annual Report 2013, P. 100, 2015/03
MARSGL peptide (H-Met-Ala-Arg-Ser-Gly-Leu-OH) has high affinity to the human epidermal growth factor receptor 2 (HER2) overexpressing in various tumor cells. Copper-64 (Cu) is a useful radionuclide in nuclear medicine, and can be produced by the cyclotron. In this study, we designed and synthesized Cu-labeled MARSGL peptide conjugated with 1,4,7,10-tetraazacyclododecane-1,4,7,10-tetraacetic acid (DOTA) as a novel positron emission tomography (PET) imaging probe for HER2 overexpressing tumors. The formation of Cu-DOTA-MARSGL was determined by TLC and HPLC compared with a non-radioactive preparation. It was confirmed that Cu-DOTA-MARSGL was obtained in high radiochemical yield more than 94%. We also examined a stability of Cu-DOTA-MARSGL . The chromatogram was not changed after incubation in physiological saline at 37C overnight. In order to evaluate the usefulness as a PET imaging probe, further studies on the stability in human or mice plasma and the cellular uptake are in progress.
