Speaking Cell Approach by on-site/real-time cellular and molecular measurements

2016 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 24228004
• Research Institution: Ehime University
• Principal Investigator: 野並 浩 愛媛大学, 農学研究科, 教授 (00211467)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 平岡 賢三 山梨大学, クリーンエネルギー研究センター, 特命教授 (80107218)
• Project Period (FY): 2012-05-31 – 2017-03-31
• Keywords: 細胞・組織 / 植物 / 質量分析 / 農業工学 / プレッシャープローブ / スピーキング・セル・アプローチ / 植物工場 / 細胞分子計測

Outline of Annual Research Achievements

本研究は、植物工場においてプレッシャープローブで採集した細胞溶液を探針エレクトロスプレーにより、直接、現場で質量分析を行うシステムを開発し、植物生理情報を制御要素として農業環境制御を行うスピーキング・セル・アプローチ(Speaking Cell Approach)(SCA)法を創成することを目的としている。栽培作物のリアルタイム質量分析を実行し、環境要素変化に伴う代謝変化を植物生理学(理学的）・栽培生理学(農学的）に基づき解明して、省エネを考慮したSCA を確立することによって、食料生産の効率を格段に増大させ、日本が迎えつつある食料危機の回避、食の安全性の確保により、国民を守ることを目指す。
電導性イオン液体をプレッシャープローブキャピラリー内のシリコンオイルに混合することにより、質量分析におけるイオン化効率が格段に向上し、シグナル強度が向上した上に、ノイズレベルも減少した。このイオン化質量分析法をpico pressure-probe-electrospray-ionization mass spectorometry (picoPPESI-MS)と命名した。
トマトトライコーム細胞での代謝物分析を行うことで、picoPPESI-MSを用いての細胞レベルでの質量分析を確立した。
水耕状態のトマト植物体に水耕養液にカルシウム塩を過剰に与えることで、トマト果実の尻腐れ病の発生を誘導した。その際、尻腐れの発生がどのように起こるのか、発症機構について解明した。プレッシャープローブによる水分生理情報を同時に計測することで、いかに代謝物の濃度変化と細胞膜の崩壊が起こるのか解明でき、環境要因の変化とトマト果実の代謝変化を同時に関連付けることが可能となった。このことから、スピーキング・セル・アプローチとしての有効なツールとしてpicoPPESI-MSの利用の可能性が提案できる。

Research Progress Status

28年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

28年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Int'l Joint Research] ブエノスアイレス大学(アルゼンチン)
  • Country Name: ARGENTINA
  • Counterpart Institution: ブエノスアイレス大学
• [Journal Article] Non-proximate mass spectrometry using a heated 1-m long PTFE tube and an air-tight APCI ion source (2017)
  • Author(s): Dilshadbek T. Usmanov, Kenzo Hiraoka, Hiroshi Wada, Masaya Matsumura, Sachiyo Sanada-Morimura, Hiroshi Nonami, Shinichi Yamabe
  • Journal Title: Analytica Chimica Acta Volume: - Pages: -
  • DOI: http://doi.org/10.1016/j.aca.2017.03.044
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Desorption in Mass Spectrometry (2017)
  • Author(s): Dilshadbek Tursunbayevich Usmanov, Satoshi Ninomiya, Lee Chuin Chen, Subhrakanti Saha, Mridul Kanti Mandal, Yuji Sakai, Rio Takaishi1, Ahsan Habib, Kenzo Hiraoka, Kentaro Yoshimura, Sen Takeda, Hiroshi Wada, and Hiroshi Nonami
  • Journal Title: Mass Spectrometry Volume: 6 Pages: -
  • DOI: 10.5702/massspectrometry.S0059
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Blossom end rot tomato fruit diagnosis for in situ cell analyses with real time pico-pressure probe ionization mass spectrometry (2017)
  • Author(s): Gholipour, Y., Erra-Balsells, R., Nonami, H.
  • Journal Title: Environmental Control in Biology Volume: 55 Pages: 41-51
  • DOI: 10.2525/ecb.55.51
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Gaseous ion formation by the cavitation occurred between aqueous solutions and the ultrasonically vibrating blade studied by mass spectrometry (2016)
  • Author(s): Usmanov, D.T., Hiraoka, K., Wada, H., Matsumura, M., Sanada-Morimura, M., Nonami, H.
  • Journal Title: International Journal of Mass Spectrometry Volume: 411 Pages: 34-39
  • DOI: 10.1016/j.ijms.2016.11.009
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Mass spectrometric monitoring of oxidation of aliphatic C6-C8 hydrocarbons and ethanol in low pressure oxygen and air plasmas (2016)
  • Author(s): Usmanov, D.T., Chen, L.C., Hiraoka, K., Wada, H., Nonami, H., Yamabe, S.
  • Journal Title: Journal of Mass Spectrometry Volume: 51 Pages: 1187-1195
  • DOI: 10.1002/jms.3890
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Nitrogen incorporation in saturated aliphatic C6-C8 hydrocarbons and ethanol in low-pressure nitrogen plasma generated by a hollow cathode discharge ion source (2016)
  • Author(s): Usmanov, D.T., Chen, L.C., Hiraoka, K., Wada, H., Nonami, H., Yamabe, S.
  • Journal Title: Journal of Mass Spectrometry Volume: 51 Pages: 446-452
  • DOI: 10.1002/jms.3765
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Presentation] フェーンに伴うリング状乳白粒の発生機構：オンサイト・セルスペシフィック解析による水稲高温障害研究への応用 (2016)
  • Author(s): 和田博史，羽方誠，中野洋，野並浩，森田敏
  • Organizer: 日本農業気象学会九州支部・日本生物環境工学会九州支部合同大会シンポジウム
  • Place of Presentation: 鹿児島大学（鹿児島県・鹿児島市）
  • Year and Date: 2016-11-25 – 2016-11-25
  • Invited
• [Presentation] Mechanisms of foehn-induced chalky ring formation in rice: Use of the on-site cell-specific analytical method and practical applications (2016)
  • Author(s): Wada H, Hakata M, Nonami H, Nakano H, and Morita S
  • Organizer: IRRI-JIRCAS-NARO Symposium, Session I
  • Place of Presentation: つくば国際会議場（茨城県・つくば市）
  • Year and Date: 2016-09-07 – 2016-09-08
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Intact trichomes single-cells analysis: metabolite profiling with internal electrode capillary pressure probe electrospray ionization MS (2016)
  • Author(s): R. Erra-Balsells, T. Nakashima, H. Wada, S. Morita, H. Nonami
  • Organizer: 21st International Mass Spectrometry Conference
  • Place of Presentation: Metro Toronto Convention Centre (West Toronto, ON, Canada)
  • Year and Date: 2016-08-20 – 2016-08-26
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Single-cell metabolite profiling of stalk and glandular cells of intact trichomes with internal electrode capillary pressure probe electrospray ionization mass spectrometry (2016)
  • Author(s): H. Nonami, T. Nakashima, H. Wada, S. Morita, R. Erra-Balsells, K. Hiraoka
  • Organizer: The 64th Annual Conference on Mass Spectrometry
  • Place of Presentation: ホテル阪急エクスポパーク（大阪府・大阪市）
  • Year and Date: 2016-05-18 – 2016-05-20
• [Remarks] 愛媛大農学部環境植物生理学研究室にようこそ！
  • URL: http://web.agr.ehime-u.ac.jp/~pbb/