オンサイト・リアルタイム細胞分子計測によるスピーキング・セル・アプローチ

2016 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 24228004
• 研究機関: 愛媛大学
• 研究代表者: 野並 浩 愛媛大学, 農学研究科, 教授 (00211467)
• 研究分担者: 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)
• 研究期間 (年度): 2012-05-31 – 2017-03-31
• キーワード: 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

研究実績の概要

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。

現在までの達成度 (段落)

28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

28年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [国際共同研究] ブエノスアイレス大学(アルゼンチン)
  • 国名: アルゼンチン
  • 外国機関名: ブエノスアイレス大学
• [雑誌論文] Non-proximate mass spectrometry using a heated 1-m long PTFE tube and an air-tight APCI ion source (2017)
  • 著者名/発表者名: Dilshadbek T. Usmanov, Kenzo Hiraoka, Hiroshi Wada, Masaya Matsumura, Sachiyo Sanada-Morimura, Hiroshi Nonami, Shinichi Yamabe
  • 雑誌名: Analytica Chimica Acta 巻: - ページ: -
  • DOI: http://doi.org/10.1016/j.aca.2017.03.044
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Desorption in Mass Spectrometry (2017)
  • 著者名/発表者名: 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
  • 雑誌名: Mass Spectrometry 巻: 6 ページ: -
  • DOI: 10.5702/massspectrometry.S0059
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Blossom end rot tomato fruit diagnosis for in situ cell analyses with real time pico-pressure probe ionization mass spectrometry (2017)
  • 著者名/発表者名: Gholipour, Y., Erra-Balsells, R., Nonami, H.
  • 雑誌名: Environmental Control in Biology 巻: 55 ページ: 41-51
  • DOI: 10.2525/ecb.55.51
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Gaseous ion formation by the cavitation occurred between aqueous solutions and the ultrasonically vibrating blade studied by mass spectrometry (2016)
  • 著者名/発表者名: Usmanov, D.T., Hiraoka, K., Wada, H., Matsumura, M., Sanada-Morimura, M., Nonami, H.
  • 雑誌名: International Journal of Mass Spectrometry 巻: 411 ページ: 34-39
  • DOI: 10.1016/j.ijms.2016.11.009
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Mass spectrometric monitoring of oxidation of aliphatic C6-C8 hydrocarbons and ethanol in low pressure oxygen and air plasmas (2016)
  • 著者名/発表者名: Usmanov, D.T., Chen, L.C., Hiraoka, K., Wada, H., Nonami, H., Yamabe, S.
  • 雑誌名: Journal of Mass Spectrometry 巻: 51 ページ: 1187-1195
  • DOI: 10.1002/jms.3890
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Nitrogen incorporation in saturated aliphatic C6-C8 hydrocarbons and ethanol in low-pressure nitrogen plasma generated by a hollow cathode discharge ion source (2016)
  • 著者名/発表者名: Usmanov, D.T., Chen, L.C., Hiraoka, K., Wada, H., Nonami, H., Yamabe, S.
  • 雑誌名: Journal of Mass Spectrometry 巻: 51 ページ: 446-452
  • DOI: 10.1002/jms.3765
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [学会発表] 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)
  • 著者名/発表者名: 和田博史，羽方誠，中野洋，野並浩，森田敏
  • 学会等名: 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
  • 発表場所: 鹿児島大学（鹿児島県・鹿児島市）
  • 年月日: 2016-11-25 – 2016-11-25
  • 招待講演
• [学会発表] Mechanisms of foehn-induced chalky ring formation in rice: Use of the on-site cell-specific analytical method and practical applications (2016)
  • 著者名/発表者名: Wada H, Hakata M, Nonami H, Nakano H, and Morita S
  • 学会等名: IRRI-JIRCAS-NARO Symposium, Session I
  • 発表場所: つくば国際会議場（茨城県・つくば市）
  • 年月日: 2016-09-07 – 2016-09-08
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Intact trichomes single-cells analysis: metabolite profiling with internal electrode capillary pressure probe electrospray ionization MS (2016)
  • 著者名/発表者名: R. Erra-Balsells, T. Nakashima, H. Wada, S. Morita, H. Nonami
  • 学会等名: 21st International Mass Spectrometry Conference
  • 発表場所: Metro Toronto Convention Centre (West Toronto, ON, Canada)
  • 年月日: 2016-08-20 – 2016-08-26
  • 国際学会
• [学会発表] Single-cell metabolite profiling of stalk and glandular cells of intact trichomes with internal electrode capillary pressure probe electrospray ionization mass spectrometry (2016)
  • 著者名/発表者名: H. Nonami, T. Nakashima, H. Wada, S. Morita, R. Erra-Balsells, K. Hiraoka
  • 学会等名: The 64th Annual Conference on Mass Spectrometry
  • 発表場所: ホテル阪急エクスポパーク（大阪府・大阪市）
  • 年月日: 2016-05-18 – 2016-05-20
• [備考] 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/