重金属類汚染修復に向けたハイパーアキュムレーターの機能解明とその応用

2022 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 19H01158
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 井上 千弘 東北大学, 環境科学研究科, 教授 (30271878)
• 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, 上席研究員 (20391287) ; 簡 梅芳 東北大学, 環境科学研究科, 助教 (20533186) ; 菅原 一輝 東京理科大学, 工学部工業化学科, 研究員 (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 (70414521) ; 國頭 恭 信州大学, 学術研究院理学系, 教授 (90304659)
• 研究期間 (年度): 2019-04-01 – 2023-03-31
• 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

研究実績の概要

本年度は以下の4課題を中心に取り組んだ。
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」：トランスクリプトーム解析の手法により、Cdを添加した際のハクサンハタザオの根において発現する全遺伝子を非添加時と比較し、Cdの添加により根細胞はグルタチオン合成系やABCトランスポーターを活性化させCdをアポプラスト空間または導管に輸送している可能性が高いことを明らかにした。
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」：Cdを吸収させたハクサンハタザオにおいて、Cdが根、茎、葉の細胞の可溶性画分に最も多く存在すること、また細胞膜画分に存在するものも含めてほとんどのCdが溶存態として存在することを明らかにした。またゲルろ過分析の結果から、溶存態のCdの大部分は細胞毒性の高いCdイオンであり、それらが細胞の液胞あるいは細胞外のアポプラストに存在するものと考えられ、それを裏付けるEPMAの画像データも得られた。
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」：ハクサンハタザオの水耕液に添加するCd濃度を段階的に変化させてCd吸収実験を行い、低濃度のCd暴露においてCdの根への蓄積や生育阻害は認められず、培地から吸収されたCdが根に一時的に蓄積された後に茎を経由して葉に移行・蓄積していく様子を明らかにした。
課題４「実圃場データの統計数理解析」：気仙沼市内の圃場で8年間継続したモエジマシダのAs除去の圃場試験の結果を取りまとめ、そのAsに除去に与える環境要因等を明らかにした。モエジマシダ根圏土壌の代謝産物と微生物、および植物中As濃度のデータのネットワーク解析を行い、亜ヒ酸酸化酵素遺伝子を保有する細菌および土壌中の窒素成分の推移と土壌から植物体へのAsの移行との関連性を見出した。

現在までの達成度 (段落)

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [雑誌論文] Temperature Dependence of Metals Accumulation and Removal Kinetics by Arabidopsis halleri ssp. gemmifera (2023)
  • 著者名/発表者名: Kudo Hiroshi、Qian Zhaojie、Inoue Chihiro、Chien Mei-Fang
  • 雑誌名: Plants 巻: 12 ページ: 877～877
  • DOI: 10.3390/plants12040877
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Cadmium and zinc accumulation behaviour of hyperaccumulator Arabidopsis halleri ssp. gemmifera in the hydroponic system (2023)
  • 著者名/発表者名: Sari Syarifah Hikmah Julinda、Chien Mei-Fang、Inoue Chihiro
  • 雑誌名: Journal of Degraded and Mining Lands Management 巻: 10 ページ: 4155～4162
  • DOI: 10.15243/jdmlm.2023.102.4155
  • 査読あり
• [雑誌論文] The benefit of the Arabidopsis halleri ssp. gemmifera root exudate in cadmium extraction from the cadmium contaminated soil (2023)
  • 著者名/発表者名: Ariyanti Agni Lili、Chien Mei-Fang、Inoue Chihiro
  • 雑誌名: Journal of Degraded and Mining Lands Management 巻: 10 ページ: 4107～4117
  • DOI: 10.15243/jdmlm.2023.102.4107
  • 査読あり
• [雑誌論文] Arsenic uptake by Pteris vittata in a subarctic arsenic-contaminated agricultural field in Japan: An 8-year study (2022)
  • 著者名/発表者名: Kohda Yi Huang-Takeshi、Endo Ginro、Kitajima Nobuyuki、Sugawara Kazuki、Chien Mei-Fang、Inoue Chihiro、Miyauchi Keisuke
  • 雑誌名: Science of The Total Environment 巻: 831 ページ: 154830～154830
  • DOI: 10.1016/j.scitotenv.2022.154830
  • 査読あり
• [雑誌論文] Empirical Evidence of Arsenite Oxidase Gene as an Indicator Accounting for Arsenic Phytoextraction by Pteris vittata (2022)
  • 著者名/発表者名: Han Ning、Yang Chongyang、Shimomura Shunya、Inoue Chihiro、Chien Mei-Fang
  • 雑誌名: International Journal of Environmental Research and Public Health 巻: 19 ページ: 1796～1796
  • DOI: 10.3390/ijerph19031796
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Rhizospheric plant-microbe synergistic interactions achieve efficient arsenic phytoextraction by Pteris vittata (2022)
  • 著者名/発表者名: Yang Chongyang、Han Ning、Inoue Chihiro、Yang Yu-Liang、Nojiri Hideaki、Ho Ying-Ning、Chien Mei-Fang
  • 雑誌名: Journal of Hazardous Materials 巻: 434 ページ: 128870～128870
  • DOI: 10.1016/j.jhazmat.2022.128870
  • 査読あり
• [雑誌論文] Subcellular localization and chemical speciation of Cd in Arabidopsis halleri ssp. gemmifera to reveal its hyperaccumulating and detoxification strategies (2022)
  • 著者名/発表者名: Sari Syarifah Hikmah Julinda、Chien Mei-Fang、Inoue Chihiro
  • 雑誌名: Environmental and Experimental Botany 巻: 203 ページ: 105047～105047
  • DOI: 10.1016/j.envexpbot.2022.105047
  • 査読あり
• [雑誌論文] Second-generation bioethanol production from phytomass after phytoremediation using recombinant bacteria-yeast co-culture (2022)
  • 著者名/発表者名: Tusher Tanmoy Roy、Chang Jui-Jen、Saunivalu Maria Ita、Wakasa Sosuke、Li Wen-Hsiung、Huang Chieh-Chen、Inoue Chihiro、Chien Mei-Fang
  • 雑誌名: Fuel 巻: 326 ページ: 124975～124975
  • DOI: 10.1016/j.fuel.2022.124975
  • 査読あり / 国際共著
• [学会発表] LC-MS/MS を用いたモエジマシダ根分泌物のメタボローム解析 (2022)
  • 著者名/発表者名: 韓凝，楊重陽，井上千弘，簡梅芳
  • 学会等名: 環境バイオテクノロジー学会2022年度大会
• [学会発表] Contribution in Cd extraction from contaminated soil by the root exudate of Arabidopsis halleri subsp. gemmifera (2022)
  • 著者名/発表者名: Agni Lili Ariyanti，Mei-Fang Chien，Inoue Chihiro
  • 学会等名: 環境バイオテクノロジー学会2022年度大会
• [学会発表] ベイジシアンネットワークを用いた植物によるヒ素蓄積要因の解析 (2022)
  • 著者名/発表者名: 工藤宏史，韓凝，横山大稀，簡梅芳，菊地淳，井上千弘
  • 学会等名: 環境バイオテクノロジー学会2022年度大会
• [学会発表] ファイトレメディエーション後のフィトマスから細菌・酵母の共培養による第2世代バイオエタノール生産 (2022)
  • 著者名/発表者名: 簡梅芳，張瑞仁，Tanmoy Roy Tusher，Maria Ita Saunivalu，若狭颯介，李文雄，黄介辰，井上千弘
  • 学会等名: 日本生物工学会2022大会