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岡村 正愛*; 中山 真義*; 梅基 直行*; Cano, E. A.*; 長谷 純宏; 西崎 雄三*; 佐々木 伸大*; 小関 良宏*
Euphytica, 191(1), p.45 - 56, 2013/05
被引用回数：28 パーセンタイル：80.53(Agronomy)液胞内アントシアニン凝集(AVI)によって特殊なdusky花色を発色するカーネーション系統がわずかではあるが知られている。特殊花色は非アシル化アントシアニンを含むAVIの存在と強く相関のある単一劣勢因子によって支配されることが遺伝様式から示唆されている。われわれは、カーネーションの特殊花色を多様化するため、交配育種によって新奇なメタリック花色を発色する青色系カーネーションを作出した。さらに、この系統にイオンビームを照射することにより、赤,赤紫及びクリムゾン系のメタリック花色系統を作出した。すべてのメタリック花色系統はアントシアニンマリル基転移酵素の転写産物を持たなかった。また、dusky花色のカーネーションと比べて、強く凝集したAVIと透明の液胞を持つ向軸側の表皮細胞を有していた。これらの結果から、(1)AVIを生成する因子はアントシアニンマリル基転移酵素の不活化によること、(2)向軸側表皮細胞のAVIがメタリック調花色を発色すること、(3)イオンビームがアントシアニン構造とAVIの凝集程度を変化することにより、メタリック花色の拡大に有用であることを示した。
長谷 純宏; 秋田 祐介; 北村 智; 鳴海 一成; 田中 淳
Plant Biotechnology, 29(3), p.193 - 200, 2012/06
被引用回数：22 パーセンタイル：26.35(Biotechnology & Applied Microbiology)イオンビームは変異原として植物の突然変異育種の効率化に貢献しているが、突然変異育種は偶然性に依存する技術であるとも認識されている。本総説では、イオンビーム照射と前処理又は再照射との組合せにより、さらに効率的な変異誘発技術の開発に関するわれわれの最近の研究成果について述べる。また、シクラメン新品種開発に要する期間を短縮するため、アントシアニン生合成遺伝子を同定し、照射によって生じる欠失変異体候補のPCRによる選抜効率について検討した。これらの研究成果は、より効率的で制御されたイオンビームによる突然変異育種に向けた礎となるものである。
-methyltransferase involved in flower coloration秋田 祐介; 北村 智; 長谷 純宏; 鳴海 一成; 石坂 宏*; 近藤 恵美子*; 亀有 直子*; 中山 真義*; 谷川 奈津*; 森田 裕将*; et al.
Planta, 234(6), p.1127 - 1136, 2011/12
被引用回数：41 パーセンタイル：75.95(Plant Sciences)Anthocyanin -methyltransferase (OMT) is one of the key enzymes for anthocyanin modification and flower pigmentation. We previously bred a novel red-purple-flowered fragrant cyclamen (KMrp) from the purple-flowered fragrant cyclamen "Kaori-no-mai" (KM) by ion-beam irradiation. Since the major anthocyanins in KMrp and KM petals were delphinidin 3,5-diglucoside and malvidin 3,5-diglucoside, respectively, inactivation of a methylation step in the anthocyanin biosynthetic pathway was indicated in KMrp. We isolated and compared 
genes expressed in KM and KMrp petals. RT-PCR analysis revealed that 
was expressed in the petals of KM but not in KMrp. Three additional 
s with identical sequences were expressed in petals of both KM and KMrp. Genomic PCR analysis revealed that was not amplified from the KMrp genome, indicating that ion-beam irradiation caused a loss of the entire region in KMrp. In vitro enzyme assay demonstrated that CkmOMT2 catalyzes the 3' or 3',5' -methylation of the B-ring of anthocyanin substrates. These results suggest that CkmOMT2 is functional for anthocyanin methylation, and defective expression of is responsible for changes in anthocyanin composition and flower coloration in KMrp.
河地 有木; 菊地 郁*; 鈴井 伸郎; 石井 里美; 藤巻 秀; 石岡 典子; 渡部 浩司*
IEEE Transactions on Nuclear Science, 58(2), p.395 - 399, 2011/04
被引用回数：17 パーセンタイル：77.43(Engineering, Electrical & Electronic)Carbon kinetics into the fruit is an agricultural issue on the growth and development of the sink organs to be harvested. Particularly, photoassimilate translocation and distribution are important topics for understanding the mechanism. In the present work, carbon-11 (
C) labeled photoassimilate translocation into fruits of tomato has been imaged using carbon-11-labeled carbon dioxide and the positron emission tomography (PET). Dynamic PET data of gradual increasing of C activity and its distribution is acquired quantitatively in intact plant body. This indicates that the three dimensional photoassimilate translocation into the fruits is imaged successfully and carbon kinetics is analyzable to understand the plant physiology and nutrition.
近藤 恵美子*; 中山 真義*; 亀有 直子*; 谷川 奈津*; 森田 裕将*; 秋田 祐介; 長谷 純宏; 田中 淳; 石坂 宏*
JAEA-Review 2010-065, JAEA Takasaki Annual Report 2009, P. 65, 2011/01
埼玉県では、シクラメンの栽培種と芳香性野生種の種間交雑と染色体倍加により、バラやスズランと同様の香気成分を持つ複二倍体の芳香性シクラメンを育成した。しかし、芳香性シクラメンは色や形が限定されているため、幅広い消費者の要望に応じるために、イオンビームによる突然変異育種を試みた。芳香性シクラメン「香りの舞い」に炭素イオンビームを2Gy照射して得られたM2個体の中から、花色変異体が得られた。「香りの舞い」の主要色素がマルビジン3.5-ジグルコサイドであるのに対して、変異体の主要色素はシクラメンでは今までに見いだされていないデルフィニジン3,5-ジグルコサイドであった。以上の結果は、変異体では、デルフィニジンの3'位及び5'位の水酸基のメチル化酵素をコードする遺伝子が、イオンビームの影響を受け、マルビジンへの代謝が阻害されていることを示唆している。
秋田 祐介; 石坂 宏*; 中山 真義*; 島田 明彦; 北村 智; 長谷 純宏; 鳴海 一成; 田中 淳
Journal of Horticultural Science & Biotechnology, 85(5), p.437 - 443, 2010/09
シクラメンの花色合成遺伝子に関する解析のために、紫色の花を有するシクラメン野生種(,gra6)とその白花変異体(gra50)を用いて、花色成分とその合成にかかわる遺伝子群の比較解析を行った。gra6の花の色素は、アントシアニンのマルビジン3,5ジグルコシドであった。一方、gra50の花ではアントシアニンが確認されず、その前駆物質であるフラボノールの蓄積が確認された。花色合成にかかわる酵素遺伝子群をgra6より単離し、その発現をgra6とgra50で解析したところ、二つのdihydroflavonol-4-reductase(DFR)遺伝子(
, 
)のうち、の発現がgra50で減少していた。を含む他の遺伝子群には大差がみられなかったことから、がにおける花色に重要であり、その発現抑制によってアントシアニンの合成が進まず、白花に変異したと考えられた。の発現が減少した理由として、遺伝子発現にかかわるプロモーター領域の変異が大きな候補として挙げられた。本研究は、シクラメン花色合成に関する選抜マーカーとして
遺伝子が一つの候補であることを示した。
菊地 郁*; 河地 有木; 石井 里美; 鈴井 伸郎; 伊藤 小百合; 石岡 典子; 本多 一郎*; 藤巻 秀
JAEA-Review 2009-041, JAEA Takasaki Annual Report 2008, P. 105, 2009/12
In the eggplant cultivation, defoliation is normally used to prevent the disease and insect as well as raise the efficiency of light interception for efficient fruit production. However the general guideline for defoliation is not established yet because fundamental knowledge about effects of defoliation on the nutritional balance in individuals has hardly been obtained. For these reason, it is important to clarify the accumulation mechanism of the photoassimilates which is translocated from each leaf to the fruit in eggplant. Previously, we succeeded to observe translocation of C-labeled photoassimilates from a leaf into a fruit and established a method for the quantitative analysis of photoassimilates using the positron-emitting tracer imaging system (PETIS). PETIS can noninvasively visualize the movement of C-labeled photoassimilates in plants and repetitive analyses using one plant are possible due to the short half-life (20 min) of C. In this study, we analyzed translocation of photoassimilates from each of major leaves to a fruit, and estimated the contribution of the respective leaves to accumulation of photoassimilates in the fruit using CO
and PETIS.
河地 有木; 鈴井 伸郎; 石井 里美; 伊藤 小百合; 石岡 典子; 菊地 郁*; 塚本 崇志*; 草川 知行*; 藤巻 秀
Proceedings of 2009 IEEE Nuclear Science Symposium and Medical Imaging Conference (2009 NSS/MIC) (CD-ROM), p.1257 - 1258, 2009/10
In recent years, radionuclide-based imaging technologies have been providing researchers with exciting new opportunities to study biology. The positron-emitting tracer imaging system (PETIS), which has a planar PET scanner, is one of the most powerful techniques used for conducting plant researches in order to study the distribution and translocation of water, sugar, nutrients, and environmental pollutants. In the sink-source relationship in the plant body, source abilities of a leaf imaged using a compartmental model analysis with PETIS data. In this case, to clarify the mechanism of the growth and development of the agricultural produces, we performed imaging experiments of sugar translocation to sink organ of fruits. A near leaf of the target fruits (Eggplant and Tomato) inhaled carbon-11 labeled carbon dioxide (100 MBq), and the translocation of carbon-11 labeled photoassimilate into fruits was imaged by PETIS for two hours. As a result, serial images of graduate increasing C activity and its ununiformly distribution in the fruit were acquired successfully. And also velocities of photoassimilate translocation and changes in the contributing rate with time of translocation from the leaf were estimated by analysis of PETIS data.
河地 有木; 菊地 郁*; 鈴井 伸郎; 石井 里美; 藤巻 秀; 石岡 典子; 渡部 浩司*
Proceedings of 1st International Conference on Advancements in Nuclear Instrumentation, Measurement Methods and their Applications (ANIMMA 2009) (USB Flash Drive), 5 Pages, 2009/06
Carbon-11-labeled carbon dioxide (CO) has a potential candidate for imaging photosynthesis and photosynthate translocation and estimating the physiological parameters in a sink-source relation ship. In order to validate the present technique, we performed positron emission tomography (PET) studies on a plant with a fruit, a "sink organ". As a result, we have successfully obtained serial 3D images of the carbon translocation to a fruit and analyzed the velocities of the carbon dynamics in the phloem. This experimental method will be useful in not only investigating plant physiology, such as the mechanism of fruit growth, but also in solving certain environmental and food problems.
CO and a positron-emitting tracer imaging system菊地 郁*; 石井 里美; 藤巻 秀; 鈴井 伸郎; 松橋 信平; 本多 一郎*; 河地 有木
JAEA-Review 2008-055, JAEA Takasaki Annual Report 2007, P. 110, 2008/11
To clarify the mechanism of the growth and development of fruits such as eggplant and tomato in relation to plant growth and yield, examination of the import of dry matter into fruits from other organs such as leaves is essential. Positron-emitting tracer imaging system (PETIS) noninvasively visualizes movement of C-labeled photoassimilate in plants. So we fed CO to a leaf and monitored the translocation of C-labeled photoassimilate into the eggplant fruit by PETIS.
CO and a positron-emitting tracer imaging system菊地 郁*; 石井 里美; 藤巻 秀; 鈴井 伸郎; 松橋 信平; 本多 一郎*; 宍戸 良洋*; 河地 有木
Journal of the Japanese Society for Horticultural Science, 77(2), p.199 - 205, 2008/04
ナス果実の肥育のメカニズムを明らかにするために、COをナス植物体の葉に与え、C-光合成産物が果実内部へ流入及び蓄積する様子をPETISによって計測した。得られた画像データから、光合成産物の果実への到達時間,転流速度及び転流率を算出した。その結果、光合成産物は葉から果実へ1時間前後で到達することが明らかとなった。また、果柄におけるCの放射線強度変化に対して伝達関数法を用いて、転流速度を約1cm min
と算出した。さらに全C投与量に対する果実への移行量は約8%と算出された。果実内部における光合成産物の蓄積過程を観察した例はこれまでなく、PETISを用いた光合成産物の蓄積過程の計測は今後果実発達や成熟過程を理解するうえで有効な手段であると考えられる。
菊地 郁*; 石井 里美; 鈴井 伸郎; 藤巻 秀; 松橋 信平; 河地 有木; 本多 一郎*
no journal, ,
ナス等の果菜類において、光合成産物の転流は果実の結実や肥大に大きく影響することから、果実生産性を検討するうえで非常に重要である。ポジトロンイメージング装置(PETIS)は生きた植物体内における光合成産物の動態を定量的に計測できることから、植物の光合成産物輸送機能の解析に近年顕著な成果を挙げている。しかし、果菜類などの大型果実を用いた研究例はまだ報告されていない。そこでわれわれはCOをナス植物体の葉に与え、C-光合成産物が葉から果実内部へと移行する様子をPETISによって計測し、sink-source間の光合成産物動態を理解するうえでのPETISの有用性を検討した。
秋田 祐介; 石坂 宏*; 島田 明彦; 中山 真義*; 北村 智; 長谷 純宏; 田中 淳; 鳴海 一成
no journal, ,
シクラメンの花色とその生合成に関する遺伝子群との関連を調べるために、紫色の花色を有するシクラメン野生種(C. graecum, 2n=4x=84)とその花色が白色である変異体を用いて、それぞれの花弁における色素分析とアントシアニン生合成に関与する遺伝子群の比較解析を行った。HPLCの結果、野生種(gra6)のアントシアニンはマルビジン-3,5-ジグルコシド(Mv3,5dG)であった。一方、白色変異体(gra50)ではアントシアニンがほとんど確認されず、フラボノールが、gra6と比較すると増加していた。このgra50における花弁の色素減少の原因因子を探るため、gra6よりアントシアニン合成関連遺伝子群の単離を試みた。その結果、フラボノール合成以降に関与する酵素遺伝子のホモログとして、フラボノイド3'5'-水酸化酵素を1種類(CgF3'5'H),ジヒドロフラボノール4-還元酵素を2種類(CgDFR1, CgDFR2),アントシアニジン合成酵素を1種類(CgANS)それぞれ単離した。それぞれの遺伝子の発現を解析したところ、CgF3'5'H, CgDFR1, CgANSの発現は、gra6, gra50のスリップでともに強い発現がみられ、2種間で大差がなかった。一方、CgDFR2の発現はgra6で強く確認されたが、gra50ではその発現は極端に減少していた。
菊地 郁*; 河地 有木; 石井 里美; 鈴井 伸郎; 藤巻 秀; 本多 一郎*
no journal, ,
ナス栽培では、病虫害低下や受光率上昇の目的で摘葉を行う。しかし現状では各個人が経験的知識をもとに独自の判断で摘葉を行っており、その指標となるような基礎的知見は得られていない。適切な時期に適切な葉を摘葉するためには、各葉から果実へ移行する光合成産物の蓄積機構を明らかにすることが重要と考えられる。菊地ら(2008)はポジトロンイメージング装置(PETIS)を用いて、ナス植物体の葉から果実内部へ移行するC-光合成産物の可視化に成功し、果実へ移行したC-光合成産物を定量的に解析する方法を報告した。PETISは非破壊計測であることとCの半減期が20分と短いことから、同一個体による繰り返し計測が可能である。そこで個々の葉が果実の光合成産物蓄積機構に及ぼす影響を明らかにするため上記方法を用い、同一個体でCOを施与する葉位を変え、果実へ移行するC-光合成産物の移行量などの解析を行った。
河地 有木; 鈴井 伸郎; 石井 里美; 伊藤 小百合; 石岡 典子; 菊地 郁*; 塚本 崇志*; 草川 知行*; 藤巻 秀
no journal, ,
さまざまな放射線計測技術を駆使して、植物生体内の元素動態を可視化し、その生理機能の解明を目的とした、計装及び測定技術の開発を行ってきた。これまでに、放射性炭素(C)とポジトロンイメージング技術(PETIS)を用いたソース器官(葉)における光合成機能の可視化に成功しているが、さらに、計測視野をシンク器官(果実)に移し、同様の実験手法を適用することで、光合成産物の果実への定量的かつ非侵襲的な転流動態の可視化を可能にした。測定環境やC標識二酸化炭素(CO)投与量の最適化といった本手法の確立は、果実成長・肥大メカニズムといったシンク器官における生理機能の解明に貢献すると期待される。
近藤 恵美子*; 亀有 直子*; 中山 真義*; 秋田 祐介; 長谷 純宏; 谷川 奈津*; 森田 裕将*; 石坂 宏*
no journal, ,
芳香シクラメン「麗しの香り」の半数体にイオンビーム照射を行い、選抜したサーモンピンクの変異体(ion3)にイオンビーム再照射を行い、変異体の作出を試みた。照射集団から形態観察により個体を選抜し、それらの中から、さらに花弁の縁に欠刻が入った変異体(ion243),花色のサーモンピンクが濃くなった変異体(ion245),アイの部分が欠失し、花弁全体がサーモンピンクになった変異体(ion246, ion255)を選抜した。ion3と変異体の花弁の大きさを比較すると、変異体は縦長,横長ともion3に比べて小さかった。スリップの主要アントシアニンは、シアニジン3,5-ジグルコサイド,ペオニジン3,5-ジグルコサイド,マルビジン3,5-ジグルコサイド(Mv3,5dG)であった。ion3及び変異体のアイの色は濃い赤紫色で、主要アントシアニンはMv3,5dGであった。アントシアンニン濃度をion3と変異体とで比較すると、スリップではion3に比べてion243, ion245, ion246で高く、ion255では低かった。アイのアントシアニン濃度はion3に比べてion243, ion245で高く、スリップのアントシアニン濃度と同様の傾向が認められた。特に、花色が濃いと観察されたion245では、スリップ及びアイのアントシアニン濃度がion3の約2倍であることが明らかとなった。
菊地 郁*; 河地 有木; 石井 里美; 鈴井 伸郎; 伊藤 小百合; 石岡 典子; 本多 一郎*; 藤巻 秀
no journal, ,
果実への光合成産物蓄積には光や温度などの環境が大きく影響するため、光合成産物の動態と環境条件との関連を解析することは果実生産性を検討するうえで非常に重要である。PETISは非破壊計測であり、Cの半減期が20分と短いことから同一個体による繰り返し計測が可能である。そこでナスにおける光合成産物の移行に及ぼす影響を明期の長さに注目し、同一個体を用いて解析した。結果明期の長さは葉からの光合成産物の送り出し量や移行速度に影響し、果実への光合成産物の流入量や速度を大きく変化させていると示唆された。
菊地 郁*; 河地 有木; 石井 里美; 鈴井 伸郎; 石岡 典子; 伊藤 小百合; 本多 一郎*; 藤巻 秀
no journal, ,
ナス栽培では、病虫害低下や受光率上昇の目的で摘葉を行う。しかし、現状では各個人が経験的知識をもとに独自の判断で摘葉を行っており、その指標となるような基礎的知見は得られていない。適切な時期に適切な葉を摘葉するためには、各葉から果実へ移行する光合成産物の蓄積機構を明らかにすることが重要と考えられる。既にポジトロンイメージング装置(PETIS)を用いて、ナス植物体の葉から果実内部へ移行するC-光合成産物の可視化に成功し、果実へ移行したC-光合成産物を定量的に解析する方法を報告した。PETISは非破壊計測であることとCの半減期が20分と短いことから、同一個体による繰り返し計測が可能である。そこで個々の葉が果実の光合成産物蓄積機構に及ぼす影響を明らかにするため、上記方法を用い、同一個体でCOを施与する葉位を変え、果実へ移行するC-光合成産物の移行量などの解析を行った。結果、葉位によって葉から果実へ移行する光合成産物の分配部位及び量が異なることが明らかとなった。
河地 有木; 鈴井 伸郎; 石井 里美; 伊藤 小百合; 石岡 典子; 藤巻 秀; 菊地 郁*; 渡部 浩司*
no journal, ,
近年のRIイメージング技術の革新が生体内のさまざまな分子動態の可視化を可能にした。これによって、研究者はより容易に対象となる生体の機能を明らかにし、生命を理解できるようになったと言える。発表者らはポジトロンイメージング装置(PETIS)を用いて、植物体の葉から果実内部へ移行するC-光合成産物を計測し、果実へ移行する炭素動態を定量的に解析する方法を報告した。しかしながらPETISが撮像可能な次元は2次元であるため、3次元的な構造を持つ果実内の炭素動態を可視化するには不向きである。そこで、3次元撮像に実績のあるポジトロン断層法(PET)装置を用いた実証実験を試みた。PET装置はmicroPET Focus 120を使用し、視野内に大小二つの果実が付いたトマトを供試した。約100MBqのCOを果実直下葉に吸収させたところ、30分で果実にC-光合成産物が到達し始め、1.5から2時間後には果実内部への移行様式が可視化されるなど、PETによる果実内炭素動態の撮像に初めて成功した。大小二つの果実に流入する炭素動態を解析したところ、ほぼ同量のCが同時に移行している。つまり、果実(小)には新鮮重あたりで86倍のC-光合成産物が移行しており、トマト果実の成長期におけるシンク能の高さが示されている。PETISと同様に、PETを用いた植物研究、特に3次元的な構造を持った対象におけるRIイメージング植物実験の有用性が示された。
秋田 祐介; 石坂 宏*; 中山 真義*; 北村 智; 長谷 純宏; 田中 淳; 鳴海 一成
no journal, ,
イオンビーム照射による植物の変異体作製は、
線照射に比べて突然変異率が高く、新品種の作出に直結しやすいことから、増加傾向にある。我が国で最も栽培されている鉢植え植物であるシクラメンは、花色のバリエーションが少なく、その広がりが求められている。そこでシクラメンのイオンビーム照射による新しい花色を持つ変異体作製が進められているが、シクラメンは種子から開花までの期間が長く、有望な変異個体の効率的な選抜には花色の選抜マーカーの開発が必要である。しかしながら、シクラメンの花色に関する知見は少なく、選抜マーカー開発のためには、花色とそれにかかわる遺伝子との相関関係を明らかにすることが必須である。そこでシクラメンの花色とその生合成に関する遺伝子群との関連を調べるために、紫色の花色を有するシクラメン野生種とその花色が白色である変異体を用いて、それぞれの花弁における色素分析と色素生合成に関与する遺伝子群の比較解析を行った。
