| 研究課題/領域番号 |
19H01158
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| 研究機関 | 東北大学 |
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研究代表者 |
井上 千弘 東北大学, 環境科学研究科, 教授 (30271878)
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| 研究分担者 |
山路 恵子 筑波大学, 生命環境系, 教授 (00420076)
宮内 啓介 東北学院大学, 工学部, 教授 (20324014)
鈴井 伸郎 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 高崎量子応用研究所 放射線生物応用研究部, 主幹研究員(定常) (20391287)
簡 梅芳 東北大学, 環境科学研究科, 助教 (20533186)
菅原 一輝 成蹊大学, 理工学部, 助教 (60792405)
河地 有木 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 高崎量子応用研究所 放射線生物応用研究部, 上席研究員(定常) (70414521)
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| 研究期間 (年度) |
2019-04-01 – 2023-03-31
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| キーワード | ハイパーアキュムレーター / 重金属汚染修復 / 遺伝子発現解析 / 元素マッピング / PETIS / 圃場実験 / モエジマシダ / ハクサンハタザオ |
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| 研究実績の概要 |
本年度は２種類のハイパーアキュムレーター（モエジマシダ（ヒ素)、ハクサンハタザオ（カドミウム)）を用い、以下の4課題について取り組んだ。
課題１「有害元素吸収・耐性に関する機能遺伝子の同定と発現解析」：モエジマシダが保有するヒ素輸送体遺伝子およびヒ酸還元酵素遺伝子を増幅させる特異的プライマーも設計した。モエジマシダの水耕栽培の培地にヒ素をスパイクした後、植物体を根、根茎、葉に分割し各部位からRNAを抽出して各遺伝子の発現解析を行ったところ、ヒ素添加に応答した遺伝子発現の抑制ないし促進が認められた。
課題２「ハイパーアキュムレーターに吸収された元素の局在性イメージング」：高精度EPMAを用い、ヒ素濃度を変えて栽培したモエジマシダの組織レベルでの元素局在性イメージングを行い、蓄積されたヒ素が主として細胞外に局在することを明らかにした。
課題３「ハイパーアキュムレーター内の有害元素の動態解析」：東北大学サイクロトロンラジオアイソトープセンターで銀ターゲットへのビーム照射により短寿命ポジトロン発生同位体の107Cdを作成した。この107Cdをハクサンハタザオの水耕栽培液に加え、ポジトロンイメージング技術(PETIS)を用いて、植物が生きたままの状態で根から吸収させたカドミウムの植物体内移動と蓄積の過程を解析することに成功した。
課題４「実圃場データの統計数理解析」：宮城県内の3か所の圃場でモエジマシダとハクサンハタザオの圃場試験を行った。モエジマシダに関しては、根圏に有用微生物を接種した比較実験も行った。またこれまで合計8年間にわたって行ってきた圃場試験で取得された土壌や植物体、環境条件等のデータに関して多変量解析を行い、土壌から植物体への有害元素の移行を支配する因子の解明を試みた。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
研究全体としては当初計画をやや上回るペース進行しており、また研究成果としても学術論文3報、国際学会発表5件など当初予定以上のものとなっている。しかしながら新型コロナウィルス感染拡大防止対策に伴い、3月に予定していた質量分析イメージングシステムによるイメージングの予備的な測定（課題2関係）が延期になり研究進捗に対し若干の影響が出てしまったため、概ね順調に進展と判断した。
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| 今後の研究の推進方策 |
以下の4課題を中心に研究を推進していく。R2年度とR4年度はシンポジウムを開催し、これまでの研究成果を発信する。また毎年1回研究分担者全員でミ―ティングを開催する。
課題１「有害元素吸収・耐性に関する機能遺伝子の同定と発現解析」：ハクサンハタザオに関してカドミウムと亜鉛をスパイクし機能遺伝子の発現解析を行う（R2年度）。各遺伝子の発現部位と発現量、その発現時期を明らかにする。（R3年度）。また土壌栽培系でそれらの遺伝子の発現解析を行って、土壌からの有害元素の吸収・蓄積が水耕栽培系と比べて進行しにくい要因を明らかにする（R4年度）。
課題２「ハイパーアキュムレーターに吸収された元素の局在性イメージング」：EPMAを用いハクサンハタザオの組織レベルでのカドミウムをはじめとする各元素の局在性イメージングを実施する（R2,R3年度）。質量分析イメージングシステムを用いた有害元素の無毒化に関与する物質のイメージング解析手法の検討・確立を行う。北海道大学・アイソトープ総合センター所有の機器を借用する予定である（R2-R4年度）。
課題３「ハイパーアキュムレーター内の有害元素の動態解析」：ポジトロンイメージング技術(PETIS)を用いた検討を行う。ハクサンハタザオにおけるカドミウムと亜鉛（R2年度）、モエジマシダにおけるヒ素の吸収・蓄積過程をそれぞれ検討する（R3-R4年度）。74Asはビーム照射により生成させた後、As(V)のみを分離・精製させたものを使用する。
課題４「実圃場データの統計数理解析」：ハイパーアキュムレーターを栽培してカドミウムとヒ素の除去を検討した圃場試験を継続し、土壌と植物体の各種分析データと観測データを取得する。これまで取得された高次元・大量の分析データを多変量解析により低次元化し、要因を支配する本質的な特徴を抽出していく（R2-R4年度）。
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