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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

Nitrogen K-edge X-ray absorption near edge structure of pyrimidine-containing nucleotides in aqueous solution

島田 紘行*; 南 寛威*; 奥泉 直人*; 佐久間 一郎*; 鵜飼 正敏*; 藤井 健太郎; 横谷 明徳; 福田 義博*; 斎藤 祐児

Journal of Chemical Physics, 142(17), p.175102_1 - 175102_9, 2015/05

AA2015-0073.pdf:1.15MB

 被引用回数:5 パーセンタイル:63.57(Chemistry, Physical)

X-ray absorption near edge structure (XANES) was measured at energies around the N K-edge of the pyrimidine-containing nucleotides cytidine 5'-monophosphate (CMP), 2'-deoxythymidine 5'-monophosphate (dTMP), and uridine 5'-monophosphate (UMP) in aqueous solutions and in dried films under various pH conditions. The features of resonant excitations below the N K-edge in the XANES spectra for CMP, dTMP, and UMP changed depending on the pH of the solutions. The spectral change thus observed is systematically explained by the chemical shift of the core-levels of N atoms in the nucleobase moieties caused by structural changes due to protonation or deprotonation at different proton concentrations. This interpretation is supported by the results of theoretical calculations using density functional theory for the corresponding nucleobases in the neutral and protonated or deprotonated forms.

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

Nitrogen K-edge X-ray absorption near edge structure (XANES) spectra of purine-containing nucleotides in aqueous solution

島田 紘行*; 深尾 太志*; 南 寛威*; 鵜飼 正敏*; 藤井 健太郎; 横谷 明徳; 福田 義博*; 斎藤 祐児

Journal of Chemical Physics, 141(5), p.055102_1 - 055102_8, 2014/08

 被引用回数:6 パーセンタイル:63.92(Chemistry, Physical)

The N K-edge X-ray absorption near edge structure (XANES) spectra of the purine-containing nucleotide, guanosine 5'-monophosphate (GMP), in aqueous solution are measured under various pH conditions. The spectra show characteristic peaks, which originate from resonant excitations of N 1s electrons to $$pi$$$$^{*}$$ orbitals inside the guanine moiety of GMP. The relative intensities of these peaks depend on the pH values of the solution. The pH dependence is explained by the core-level shift of N atoms at specific sites caused by protonation and deprotonation. The experimental spectra are compared with theoretical spectra calculated by using density functional theory for GMP and the other purine-containing nucleotides, adenosine 5'-monophosphate, and adenosine 5'-triphosphate. The N K-edge XANES spectra for all of these nucleotides are classified by the numbers of N atoms with particular chemical bonding characteristics in the purine moiety.

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

Structural changes of nucleic acid base in aqueous solution as observed in X-ray absorption near edge structure (XANES)

島田 紘行*; 深尾 太志*; 南 寛威*; 鵜飼 正敏*; 藤井 健太郎; 横谷 明徳; 福田 義博*; 斎藤 祐児

Chemical Physics Letters, 591, p.137 - 141, 2014/01

 被引用回数:2 パーセンタイル:88.63(Chemistry, Physical)

X-ray absorption near edge structure (XANES) spectra for adenine containing nucleotides, adenosine 5'-monophosphate (AMP) and adenosine 5'-triphosphate (ATP) in aqueous solutions at the nitrogen K-edge region were measured. The two intense peaks in XANES spectra are assigned to transitions of 1s electrons to the $$pi$$$$^{*}$$ orbitals of different types of N atoms with particular bonding characteristics. The difference between their spectra is ascribed to protonation of a particular N atom. Similarity observed in XANES spectra of guanosine-5'-monophosphate (GMP) and ATP is also interpreted as similar bonding characters of the N atoms in the nucleobase moiety.

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

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.

報告書

平成21年度黎明研究成果報告集

永目 諭一郎

JAEA-Review 2010-071, 47 Pages, 2011/02

JAEA-Review-2010-071.pdf:2.56MB

平成21年度に実施された8件の黎明研究の成果をまとめた報告書である。原子力に関する基礎・基盤研究の発展の一助とするため、本報告書により、得られた成果を公表する。

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

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。

論文

Synchrotron radiation photoelectron studies for primary radiation effects using a liquid water jet in vacuum; Total and partial photoelectron yields for liquid water mear the oxygen $$K$$-edge

鵜飼 正敏*; 横谷 明徳; 野中 裕介*; 藤井 健太郎; 斎藤 祐児

Radiation Physics and Chemistry, 78(12), p.1202 - 1206, 2009/12

 被引用回数:2 パーセンタイル:78.16(Chemistry, Physical)

電子的な特性の観点からDNAの水和構造を明らかにするため、DNAが溶解した液体試料を液体分子線として真空中に導出した後これに対する光電子分光実験が可能となる装置を開発した。光源として、シンクロトロン軟X線を分光して得たビームを用いた。本発表では、(1)水の部分光電子断面積を酸素K吸収端付近で測定した結果及び酸素のオージェ電子を分光測定した結果と、(2)DNA関連の生体分子試料としてAMP, CMP及びGMPの各ヌクレオチド分子の水溶液に対する窒素K吸収端領域における全電子収量スペクトルを測定した結果を発表する。実験はSPring-8の軟X線ビームライン(BL23SU)で行った。試料液体分子線は真空中で$$phi$$=20$$mu$$m程度であり、これに直交するように50$$mu$$m程度まで集光した単色軟X線ビームを照射した。興味ある結果として、生体分子試料は水のあるなしでその吸収スペクトルには大きな差がなかったが、一方水の酸素から放出されたAuger電子のエネルギーは、励起軟X線エネルギーに顕著に依存した。

報告書

平成20年度黎明研究成果報告集

池添 博

JAEA-Review 2009-026, 55 Pages, 2009/09

JAEA-Review-2009-026.pdf:25.45MB

平成20年度に実施された8件の黎明研究の成果をまとめた報告書である。原子力に関する基礎・基盤研究の発展の一助とするため、本報告書により得られた成果を公表する。

論文

重要ノード発見のための大規模ネットワークの可視化

宮村 浩子; 大坐畠 智*; 中尾 彰宏*; 川島 幸之助*; 鈴木 喜雄

信学技報, 109(188), p.85 - 90, 2009/09

大規模ファイル共有ネットワーク可視化方式を提案する。ネットワークデータはノードと、ノード間の接続を表すリンクから構成されており、このリンク数が増加するとリンク同士が交差し、ネットワーク構造を把握するのが困難になる。そこでわれわれは、ネットワーク構造を把握し、主要なノードを探すために、リンクを表示しないマトリクス形式のネットワーク可視化方式を提案する。また、ファイル共有ネットワークのログデータを用いて、提案する可視化方式の有効性を検証する。

論文

Optical emission spectroscopy of excited atoms sputtered on a Ti surface under irradiation with multicharged Ar ions

本橋 健次*; 齋藤 勇一; 北澤 真一

Journal of Physics; Conference Series, 163, p.012079_1 - 012079_4, 2009/06

 被引用回数:5 パーセンタイル:12.41

Optical emission spectroscopy of excited atoms was carried out in order to investigate the sputtering processes on solid surfaces under irradiation of slow, multicharged ions. Many atomic lines of Ti I (neutral) and Ti II (single-charged ions) were observed in wavelengths from 250 to 750 nm with irradiation by Ar$$^{3+}$$ (30 keV) on a Ti surface which was placed in a low pressure O$$_2$$ atmosphere. The emission intensity of Ti I (520 nm) decreased monotonically with an increase of O$$_2$$ partial pressure, whereas that of Ti I / II (670 nm, a 2$$^{nd}$$ order wavelength of 335 nm) slightly increased. From a semi-logarithmic plot of emission intensity for the 670 nm spectrum as a function of distance from the surface, the mean velocity of the excited Ti atoms and ions in a normal direction parallel to the surface, or $$<$$v$$_{bot}$$$$>$$, is estimated.

報告書

平成19年度黎明研究成果報告集

池添 博

JAEA-Review 2008-066, 55 Pages, 2009/02

JAEA-Review-2008-066.pdf:6.37MB

平成19年度に実施された9件の黎明研究の成果をまとめた報告書である。原子力に関する基礎・基盤研究の発展の一助とするため、本報告書により得られた成果を公表する。

論文

X-ray absorption spectrum for guanosine-5'-monophosphate in water solution in the vicinity of the nitrogen K-edge observed in free liquid jet in vacuum

鵜飼 正敏*; 横谷 明徳; 藤井 健太郎; 斎藤 祐児

Radiation Physics and Chemistry, 77(10-12), p.1265 - 1269, 2008/10

 被引用回数:6 パーセンタイル:51.42(Chemistry, Physical)

水和構造を有するDNAの電子状態を調べるため、われわれは液体分子ジェット試料に対する電子分光が可能となる装置を開発し、高輝度放射光軟X線(SPring-8, BL23SU)に設置した。本論文では、初めて得られたDNAの構成成分に対する窒素K吸収端近傍における全電子収量の測定結果を発表する。グアノシン-5'-1リン酸の水溶液を試料として用い、真空中に導出した液体分子ジェットに対して、集光した「水の窓」領域に当たるエネルギーの軟X線ビームを水平方向から照射した。得られたスペクトルは個体薄膜試料のそれとよく似た形状を示したことから、グアニン塩基中にのみ存在する窒素周囲の化学環境は、塩基の疎水性のため周囲の水との相互作用により受ける影響は弱いことが示唆された。

論文

Visualization of chemical modification of pore internal surfaces using fluorescence microscopy

前川 康成; 鈴木 康之; 前山 勝也*; 米澤 宣行*; 吉田 勝

Chemistry Letters, 33(2), p.150 - 151, 2004/02

 被引用回数:2 パーセンタイル:85.31(Chemistry, Multidisciplinary)

PET膜へのイオンビーム照射により作製したイオン穿孔膜は、直径が0.01-10$$mu$$mと、膜厚に対する孔径が小さく、孔径分布が狭い微細孔を有するため、分離膜やナノリアクターへの応用が期待できる。このイオン穿孔膜の分離膜機能を向上させるために、化学修飾法による微細孔内壁の化学構造と表面特性の制御を試みた。メンブレンフィルター用ろ過器に孔径0.31, 0.54$$mu$$mのイオン穿孔膜をセットし、微細孔内へ蛍光色素を有する1-(bromomethyl)pyreneの反応溶液を導入することで、微細孔内壁のカルボキシル基をアルキル化した。孔径が大きくなるにつれて蛍光,励起スペクトル強度の増加が観察された。蛍光顕微鏡観察より、イオン穿孔膜の微細孔に対応した位置から蛍光が観察されることから、蛍光色素が微細孔内壁に化学固定化できることが確認できた。

論文

Ion beam-induced positive imaging of polyimide via two step imidization

前川 康成; 鈴木 康之; 吉田 勝; 前山 勝也*; 米澤 宣行*

Polymer, 44(8), p.2307 - 2312, 2003/04

 被引用回数:7 パーセンタイル:67.09

重イオンビームの利用により、電子デバイスに使用可能なポリイミドからなるイオン穿孔膜作製を試みた。ポリイミド膜は耐熱性,耐薬品性が低い前駆体であるポリアミド酸膜の熱硬化により得られる。そこで、このポリアミド酸のイミド化率を熱硬化温度によって制御することで、イオンビーム及びエッチングによるパターン形成能の向上を試みた。Kaptonの前駆体膜を用いた場合、イオンビームによるダメージが小さいため、円柱状の貫通孔を形成するのに充分なコントラストが得られなかった。そこで、放射線に対して高い感度を示すスルホニル基を有するポリイミドを合成して、イオン穿孔膜作製を試みた。主鎖にスルホニル基のみを有する場合、ポジ型パターンは得られないのに対し、スルホニル基とメチレン基を含むイミド化率68$$sim$$89%膜で直径0.3$$mu$$mのポジ型のホールパターンが観察された。この結果から、ポジ型パターン形成のためには、主鎖にスルホニル基とメチレン基の両方が必要であることが明らかとなった。スルホニル基は開裂によるラジカル対生成に、メチレン基はポリマー主鎖の連鎖的開裂に必要なラジカル源として作用していると考えられる。

論文

Ion-beam-induced dual-tone imaging of polyimide via two step imidization

鈴木 康之; 前川 康成; 吉田 勝; 前山 勝也*; 米澤 宣行*

Chemistry of Materials, 14(10), p.4186 - 4191, 2002/10

 被引用回数:16 パーセンタイル:43.35(Chemistry, Physical)

重イオンビ-ムの利用により、電子デバイスに使用可能なポリイミドからなるイオン穿孔膜作製を試みた。ポリイミド膜は耐熱性,耐薬品性が低い前駆体であるポリアミド酸膜の熱硬化により得られる。そこで、このポリアミド酸のイミド化率を熱硬化温度によって制御することで、イオンビーム及びエッチングによるパターン形成性の向上を試みた。Kapton前駆体膜を用いると、イミド化温度145$$^{circ}C$$で、膜表面に孔径0.3$$mu$$mのポジパターンが生成するのに対し、150$$^{circ}C$$では、直径1.5$$mu$$m,高さ1$$mu$$mの突起パターンが生成した。ATR-IR法によりイミド化率を正確に制御することで、イミド化率67~83%ではポジパターンが、イミド化率88~94%で、ネガパターンが生じるイメージ反転現象を示すことを明らかとした。イミド化率の違いによるポジ-ネガの反転は、イオンビーム照射により、ポリマー鎖の分解と架橋のわずかな変化によるものであると考えられる。

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