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2012 年度 実績報告書

植物の量子ビーム突然変異誘発の分子機構解明と産業化に向けた新技術開発に関する研究

研究課題

研究課題/領域番号 24241028
研究種目

基盤研究(A)

研究機関東北大学

研究代表者

日出間 純  東北大学, 生命科学研究科, 准教授 (20250855)

研究分担者 坂本 綾子  独立行政法人日本原子力研究開発機構, 原子力研究部門量子ビーム応用研究センター, 研究主幹 (00354960)
土岐 精一  独立行政法人農業生物資源研究所, 農業生物先端ゲノム研究センター, ユニット長 (80212067)
雑賀 啓明  独立行政法人農業生物資源研究所, 農業生物先端ゲノム研究センター, 主任研究員 (20435613)
遠藤 真咲  独立行政法人農業生物資源研究所, 農業生物先端ゲノム研究センター, 研究員 (40546371)
研究期間 (年度) 2012-04-01 – 2015-03-31
キーワード突然変異育種 / イオンビーム / 変異誘発 / イネ / DNA修復 / ゲノム不安定性 / シロイヌナズナ
研究概要

【課題1】イオンビームによる特徴的な2重鎖切断(DSB)修復機構に関する解析
(課題1-1)染色体構造変化個体の選抜と変異体の染色体構造解析(坂本):カーボンイオンビームによって変異誘発したシロイヌナズナM2種子プールから、紫外線(UVB)に対する感受性を指標に変異体を選抜した。得られた変異体の変異部位を解析したところ、大規模な染色体構造変化をもつ系統を数系統獲得し、構造変化を塩基配列レベルで決定した。(課題1-2)イネ、シロイヌナズナDSB修復に関わる遺伝子破壊株の作製(土岐・雑賀・遠藤):非相同末端結合に関わる遺伝子の発現抑制イネ、および非相同末端結合遺伝子破壊イネの作出に成功し、DNA損傷に対する感受性の評価を実施した。またDSB末端の削り込みにかかわる酵素の機能解析を行った。(課題1-3)人工制限酵素を利用した変異スペクトラム解析(土岐・雑賀・遠藤):イネ内在性の酵素遺伝子を切断する人工制限酵素を作製し、変異を導入することに成功した。(課題1-4)相同組換え検出マーカーを導入した植物を用いた、イオンビームによる相同組換え頻度に関する解析(坂本・日出間):研究過程でより高度な相同組換え頻度検出の新規マーカーを見出し、この相同組換え検出用のマーカー遺伝子を組み込んだシロイヌナズナ、ならびにゼニゴケを作製し、現在植物体を利用して、実験条件の検討、ならびにイオンビームやガンマ線を照射し、組換え頻度に与える照射線効果測定を実施している。
【課題2】ゲノム不安定化に関する解析(日出間):イオンビームで変異導入したイネ、シロイヌナズナ後代世代を材料に、メチル化パターンの変化のデータベース化を行っている。
【課題3】染色体リアレンジメントを利用したバランサークロモソームの作製(坂本):バランサークロモソームの検証のため、マーカーとなる変異をもつ系統どうしを交配し、試験系統を作製した。

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

平成24年度の研究過程において、新規の相同組換え検出マーカーを見出し、新たに検出マーカーを組み込んだ組換え体を作製して、組換え頻度に放射線が及ぼす影響解析を進めているが、現在は予定通り進んでいる。また本実験において、イネとシロイヌナズナでは組換え頻度に及ぼす影響が大きく異なり、イネでは組換え頻度の検出が極めて低かった。この結果を踏まえ、新たにゼニゴケを材料に組換え体作製を行うこととにしたため、多少実験が遅れたが、これは新たな知見を得るために必要かつ大変興味深いものであるため、全体としては、概ね順調に進展してると判断する。

今後の研究の推進方策

来年度は最終年度に当たる。これまでに本研究を遂行する上で重要な植物体(組換え植物)の作製はほぼ予定通り終了した。したがって、今後はこれら作製した植物体を材料に解析を行うのみである。

  • 研究成果

    (26件)

すべて 2014 2013 2012 その他

すべて 雑誌論文 (9件) (うち査読あり 8件、 謝辞記載あり 2件) 学会発表 (14件) (うち招待講演 8件) 備考 (3件)

  • [雑誌論文] Overexpression of rice OsREX1-S, encoding a putative component of the core general transcription and DNA repair factor IIH, renders plant cells tolerant to cadmium- and UV-induced damage by enhancing DNA excision repair.2014

    • 著者名/発表者名
      Kunihiro S, Kowata H, Kondou Y, Takahashi S, Matsui M, Berberich T, Youssefian S, Hidema J, Kusano T.
    • 雑誌名

      Planta

      巻: 239 ページ: 印刷中

    • DOI

      10.1007/s00425-014-2042-1

  • [雑誌論文] Isolation of a novel UVB-tolerant rice mutant obtained by exposure to carbon-ion beams.2013

    • 著者名/発表者名
      Takano N, Takahashi Y, Yamamoto M, Teranishi M, Yamagushi H, Sakamoto AN, Hase Y, Fujisawa H, Wu J, Matsumoto T, Toki S and Hidema J.
    • 雑誌名

      Journal of Radiation Research

      巻: 54 ページ: 637-648

    • DOI

      10.1093/jrr/rrt007

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Identification of a phosphorylation site in cyclobutane pyrimidine dimer photolyase of rice.2013

    • 著者名/発表者名
      Teranishi M, Nakamura K, Furukawa H and Hidema J.
    • 雑誌名

      Plant Physiology and Biochemistry

      巻: 63 ページ: 24-29

    • DOI

      10.1016/j.plaphy.2012.11.003

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Autophagy contributes to night-time energy availability for growth in Arabidopsis.2013

    • 著者名/発表者名
      Izumi M, Hidema J, Makino A, Ishida H.
    • 雑誌名

      Plant Physiol.

      巻: 161 ページ: 1682-1693

    • DOI

      10.1104/pp.113.215632

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Mutational effects of γ-rays and carbon ion beams in Arabidopsis seedlings.2013

    • 著者名/発表者名
      Yoshihara R, Nozawa S, Hase Y, Narumi I, Hidema J, Sakamoto AN.
    • 雑誌名

      J Radiat Res.

      巻: 54 ページ: 1050-1056

    • DOI

      10.1093/jrr/rrt074

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Deficiency of autophagy leads to significant changes of metabolic profiles in Arabidopsis.2013

    • 著者名/発表者名
      Izumi M, Hidema J, Ishida H.
    • 雑誌名

      Plant Signal Behav.

      巻: 8 ページ: 443

    • DOI

      10.4161/psb.25023

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Augmentation of CPD photolyase activity in japonica and indica rice increases their UVB resistance but still leaves the difference in their sensitivities.2012

    • 著者名/発表者名
      Teranishi M, Taguchi T, Ono T, Hidema J
    • 雑誌名

      Photochem Photobiol Sci.

      巻: 11 ページ: 812-820

    • DOI

      10.1039/C2PP05392F

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Suppression of Ku70/80 or Lig4 leads to decreased stable transformation and enhanced homologous recombination in rice2012

    • 著者名/発表者名
      Nishizawa-Yokoi A, Nonaka S, Saika H, Kwon Y-I, Osakabe K, Toki S
    • 雑誌名

      New Phytologist

      巻: 196 ページ: 1048-1059

    • DOI

      10.1111/j.1469-8137.2012.04350.x

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Overexpression of OsRecQl4 and/or OsExo1 enhances DSB-induced homologous recombination in rice2012

    • 著者名/発表者名
      Kwon Y-I, Abe K, Osakabe K, Endo M, Nishizawa-Yokoi A, Saika H, Shimada H, Toki S
    • 雑誌名

      Plant and Cell Physiology

      巻: 53 ページ: 2142-2152

    • DOI

      10.1093/pcp/pcs155

    • 査読あり
  • [学会発表] Non-homologous end joining pathway is involved in stable T-DNA integration in rice2013

    • 著者名/発表者名
      土岐 精一
    • 学会等名
      34th Annual Crown Gall Conference
    • 発表場所
      アイオワ USA
    • 年月日
      20131123-20131123
    • 招待講演
  • [学会発表] Gene-targeting-mediated mutagenesis in rice2013

    • 著者名/発表者名
      雑賀 啓明
    • 学会等名
      11th International Symposium on Rice Functional Genomics
    • 発表場所
      ニューデリー インド
    • 年月日
      20131122-20131123
  • [学会発表] Identification of putative mitochondrion and nucleus targeting sequences of triple-targeted CPD photolyase protein of rice plant2013

    • 著者名/発表者名
      Jun Hidema
    • 学会等名
      The 6th Asia & Oceania Congerence on Photobiology
    • 発表場所
      Sydney, NSW Australia
    • 年月日
      20131110-20131113
    • 招待講演
  • [学会発表] 高等植物における損傷乗り越え複製と突然変異2013

    • 著者名/発表者名
      坂本 綾子
    • 学会等名
      日本放射線影響学会第56回大会
    • 発表場所
      青森
    • 年月日
      20131018-20131020
    • 招待講演
  • [学会発表] イオンビームおよびガンマ線の植物の相同組換え活性に及ぼす効果2013

    • 著者名/発表者名
      坂本 綾子
    • 学会等名
      第8回高崎量子応用シンポジウム
    • 発表場所
      高崎
    • 年月日
      20131011-20131011
  • [学会発表] 植物における放射線誘発DNA損傷の定量解析2013

    • 著者名/発表者名
      寺西美佳, 山口弘子, 坂本綾子、土岐精一, 日出間純
    • 学会等名
      日本宇宙生物科学会・第27回大会
    • 発表場所
      つくば
    • 年月日
      20130927-20130928
  • [学会発表] ゲノム安定性維持におけるAtRev1の様々な機能2013

    • 著者名/発表者名
      坂本 綾子
    • 学会等名
      第54回日本植物生理学会年会
    • 発表場所
      岡山
    • 年月日
      20130321-20130323
  • [学会発表] 高等植物の紫外線耐性機構の解明と耐性遺伝子資源の開発2013

    • 著者名/発表者名
      日出間純
    • 学会等名
      太陽紫外線防御委員会第23回シンポジウム
    • 発表場所
      神戸
    • 年月日
      20130315-20130315
    • 招待講演
  • [学会発表] Stimulation of homologous recombination in rice by enhanced resection of DSBs with OsRecQl4 and/or Exo12012

    • 著者名/発表者名
      Kwon Y-I, Abe K, Osakabe K, Endo M, Nishizawa-Yokoi A, Saika H, Toki S
    • 学会等名
      10th International Congress on Plant Molecular Biology
    • 発表場所
      Jeju, Korea
    • 年月日
      20121021-20121026
    • 招待講演
  • [学会発表] DNA修復欠損植物における誘発突然変異スペクトルの解析2012

    • 著者名/発表者名
      坂本 綾子
    • 学会等名
      第7回高崎量子応用シンポジウム
    • 発表場所
      高崎
    • 年月日
      20121011-20121011
  • [学会発表] 植物を用いた太陽放射線誘発DNA損傷修復のリアルタイム観察系の検討2012

    • 著者名/発表者名
      寺西美佳, 山田道子, 高橋さやか, 高橋文雄, 日出間純
    • 学会等名
      日本宇宙生物科学会 第26回大会
    • 発表場所
      徳島
    • 年月日
      20120927-20120929
  • [学会発表] 宇宙環境を利用した植物紫外線研究の新たな展開2012

    • 著者名/発表者名
      日出間純
    • 学会等名
      日本放射線影響学会 第55回大会
    • 発表場所
      仙台
    • 年月日
      20120906-20120908
    • 招待講演
  • [学会発表] 配列特異的な人為的改変を可能にする遺伝子操作技術の開発と利用2012

    • 著者名/発表者名
      刑部敬史, 横井彩子, 權容益, 大槻並枝, 遠藤真咲, 雑賀啓明, 土岐精一
    • 学会等名
      30回日本植物細胞分子生物学会講演
    • 発表場所
      奈良
    • 年月日
      20120803-20120805
    • 招待講演
  • [学会発表] イネにおける標的遺伝子改変技術の展望2012

    • 著者名/発表者名
      横井彩子, 刑部敬史, 雑賀啓明, 土岐精一
    • 学会等名
      イネ遺伝学・分子生物学ワークショップ2012
    • 発表場所
      奈良
    • 年月日
      20120705-20120706
    • 招待講演
  • [備考] 東北大学大学院生命科学研究科 ゲノム継承システム分野

    • URL

      http://www.ige.tohoku.ac.jp/genome/index.htm

  • [備考] 農業生物先端ゲノム研究センター ゲノム機能改変研究ユニット

    • URL

      http://www.nias.affrc.go.jp/org/Agrogenome/Engineering/index.html

  • [備考] 日本原子力研究開発機構 医療・バイオ応用量子ビーム技術研究ユニット

    • URL

      http://www.taka.jaea.go.jp/rab_div/index_j.html

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公開日: 2015-05-28  

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