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Studies on radioceisum accumulation mechanisms in rice

龔, 思禹 東京大学 DOI:10.15083/0002006860

2023.03.24

概要























思禹(きょう

しう)

福島第一原発事故による放射性セシウムの降下のために一部の農家水田から
高濃度の放射性セシウム汚染米が収穫され、米のセシウム吸収機構の解明が喫
緊の課題となってきた。セシウムは植物にとって必須元素ではなく、同族の必須
元素の一つであるカリウムの吸収機構によって吸収されると考えられてきた。
代表的なカリウム吸収機構には、能動的なトランスポーターを介した経路と、受
動的なチャンネルを介した経路がある。しかし、これらの機構がイネのセシウム
蓄積とどのように関わっているかを、自然変異、すなわち品種の多様性を利用し
て遺伝的に検討した研究はない。申請者の学位論文では、様々な品種に由来する
QTL マッピング集団を用いて、イネにおける放射性セシウム吸収の遺伝解析が
試みられている。
まず第1章では、放射性セシウム蓄積量の品種間差を調べている。用いた圃場
は福島県北部の農家水田であるが、この水田は事故年に玄米 1 kg あたり 500 Bq
近くが収穫された水田であり、1) 長年にわたってカリウム施肥をほとんど行っ
ておらず土壌中の交換態カリウム濃度が極端に低い、2) 土壌が玄武岩質である
ことから土壌中の雲母鉱物の含有量が少ないなど、土壌から植物への放射性セ
シウムの移行を促す多くの条件が備わっていた。この水田でジャポニカ 8 品種
(アキヒカリ、亀の尾、熱研2号、M202、L202、Lemont、IRAT109、Gharib)、
改良インディカ 5 品種(特青、タカナリ、伽耶、IR72、建梅矮)、アウス 2 品種
(Kasalath、Dular)を 2 年間栽培した。収穫した玄米の放射性セシウム濃度は
15 品種の間で約 4 倍の差異を示した。改良インディカ品種は最も高いセシウム
蓄積量を示し、ジャポニカとアウスは、多少のばらつきはあるものの全体的に蓄
積量が低かった。
第2章では、改良インディカ品種のセシウム蓄積量が高い原因を明らかにす
るために、インディカ改良品種タカナリとジャポニカ品種 Lemont の組み合わ
せでセシウム蓄積量の QTL 解析を行っている。両品種の交配に由来する組換え
近交系を上記の圃場で栽培し、玄米中の放射性セシウム濃度の QTL を調査した
結果、第 4 染色体上の高親和性カリウムトランスポーター遺伝子 OsHAK1 の近

傍に QTL が検出された。実際、OsHAK1 遺伝子のハプロタイプを調べたとこ
ろ、Lemont は 1 個のアミノ酸変異を持っていることが確認されたが、上記 15
品種全体について OsHAK1 のハプロタイプとセシウム蓄積量との関係を調べた
ところ、多様な品種におけるセシウム蓄積の大枠を決めるほど、その対立遺伝子
間の機能の違いは大きくないと考えられた。
第3章では、このような疑問を、同じく改良インディカとジャポニカの組み合
わせである伽耶と熱研2号の組み合わせを使って検討した。前章と同一の水田
で組換え近交系を栽培し、玄米の放射性セシウム濃度の QTL を調べた。予想通
り、4 番染色体上の高親和性カリウムトランスポーター遺伝子 OsHAK1 の近傍
に QTL が検出されたが、さらに大きな作用力をもつ QTL が第 6 染色体に検出
された。この QTL 領域を部分染色体置換系統で絞り込んだところ、候補領域に
は、カリウム/ナトリウム共輸送体をコードする HKT グループ II 遺伝子が少な
くとも 2 つ含まれていることが判明した。
第4章では、アウスとジャポニカの間で QTL 解析を行った。前述の水田で、
Kasalath と Gharib の交配に由来する組換え近交配系を栽培し、玄米の放射
性セシウム濃度の QTL を調べたところ、第 2 染色体上に作用力の強い QTL が
検出された。QTL-seq 解析によって狭めた候補領域には、ともに陽イオンチャ
ンネルをコードする OsKAT3 と OsCNGC1 の 2 遺伝子が座乗していた。植物体
のイオノームを対象とした QTL 解析を同時に行ったところ、この候補領域には、
カリウムではなくナトリウム蓄積の QTL が検出された。両遺伝子のハプロタイ
プを調べたところ、Kasalath は、Gharib を含めた他品種には見られないアミノ
酸変異を両遺伝子にそれぞれ有していたが、どちらが原因遺伝子かについては
将来の課題として残った。
以上のように、イネは、カリウム以外の陽イオンを含む様々なイオンの吸収機
構によってセシウムを吸収していることが示唆された。審査委員会においては、
最終的な遺伝子の特定にはなお多くの実験が必要であることが指摘されたが、
実際に高度の放射性セシウム汚染米が収穫された現地水田で、特別な許可のも
とに低カリウム条件を維持して得られた唯一無二の調査であることが高く評価
された。これらの研究成果は、学術上応用上寄与するところが少なくない。よっ
て、審査委員一同は本論文が博士(農学)の学位論文として価値あるものと認め
た。

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参考文献

ABE A, KOSUGI S, YOSHIDA K, et al. 2012. Genome sequencing reveals agronomically

important loci in rice using MutMap. Nature biotechnology [J], 30: 174-178.

ABSALOM J, YOUNG S, CROUT N, et al. 2001. Predicting the transfer of radiocaesium from

organic soils to plants using soil characteristics. Journal of Environmental Radioactivity [J], 52:

31-43.

AVERY S V 1996. Fate of caesium in the environment: distribution between the abiotic and biotic

components of aquatic and terrestrial ecosystems. Journal of Environmental Radioactivity [J], 30:

139-171.

BANGE G, OVERSTREET R 1960. Some observations on absorption of cesium by excised

barley roots. Plant Physiology [J], 35: 605.

BANUELOS M A, GARCIADEBLAS B, CUBERO B, et al. 2002. Inventory and functional

characterization of the HAK potassium transporters of rice. Plant Physiology [J], 130: 784-795.

BRIDGES D, FRASER M E, MOORHEAD G B 2005. Cyclic nucleotide binding proteins in the

Arabidopsis thaliana and Oryza sativa genomes. Bmc Bioinformatics [J], 6: 6.

BURGER A, LICHTSCHEIDL I 2018. Stable and radioactive cesium: a review about distribution

in the environment, uptake and translocation in plants, plant reactions and plants' potential for

bioremediation. Science of the total environment [J], 618: 1459-1485.

CHURCHILL G A, DOERGE R W 1994. Empirical threshold values for quantitative trait

mapping. Genetics [J], 138: 963-971.

CINGOLANI P, PLATTS A, WANG L L, et al. 2012. A program for annotating and predicting

the effects of single nucleotide polymorphisms, SnpEff: SNPs in the genome of Drosophila

melanogaster strain w1118; iso-2; iso-3. Fly [J], 6: 80-92.

EPSTEIN E, RAINS D, ELZAM O 1963. Resolution of dual mechanisms of potassium

107

absorption by barley roots. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States

of America [J], 49: 684.

FESENKO S V, ALEXAKHIN R M, BALONOV M I, et al. 2007. An extended critical review of

twenty years of countermeasures used in agriculture after the Chernobyl accident. Science of the

total environment [J], 383: 1-24.

FUJIWARA

T.

Cesium

variation[C]//Agricultural

uptake

in

implications

rice:

of

possible

the

transporter,

Fukushima

nuclear

distribution,

and

accident.Springer,

Tokyo,2013:29-35.

HAMPTON C, BROADLEY M, WHITE P 2005. Short review: the mechanisms of radiocaesium

uptake by Arabidopsis roots. Nukleonika [J], 50: 3-8.

HAMPTON C R, BOWEN H C, BROADLEY M R, et al. 2004. Cesium toxicity in Arabidopsis.

Plant Physiology [J], 136: 3824-3837.

HORIE T, YOSHIDA K, NAKAYAMA H, et al. 2001. Two types of HKT transporters with

different properties of Na+ and K+ transport in Oryza sativa. The Plant Journal [J], 27: 129-138.

HWANG H, YOON J, KIM H Y, et al. 2013. Unique features of two potassium channels, OsKAT2

and OsKAT3, expressed in rice guard cells. PLoS One [J], 8: e72541.

ISHIKAWA S, HAYASHI S, ABE T, et al. 2017. Low-cesium rice: mutation in OsSOS2 reduces

radiocesium in rice grains. Scientific reports [J], 7: 1-15.

JOHNSON G T, LEWIS T R, WAGNER W D 1975. Acute toxicity of cesium and rubidium

compounds. Toxicology and applied pharmacology [J], 32: 239-245.

JONES H G 2002. Trace Elements in Soils and Plants–Third Edition. ALINA. Crop Science [J],

42.

KANTER U, HAUSER A, MICHALKE B, et al. 2010. Caesium and strontium accumulation in

shoots of Arabidopsis thaliana: genetic and physiological aspects. Journal of experimental botany

[J], 61: 3995-4009.

KATO N, KIHOU N, FUJIMURA S, et al. 2015. Potassium fertilizer and other materials as

countermeasures to reduce radiocesium levels in rice: Results of urgent experiments in 2011

108

responding to the Fukushima Daiichi Nuclear Power Plant accident. Soil Science and Plant

Nutrition [J], 61: 179-190.

KOJIMA K, OOKAWA T, YAMAYA-ITO H, et al. 2017. Characterization of 140 Japanese and

world rice collections cultivated in Nihonmatsu-city in Fukushima in terms of radiocesium

activity concentrations in seed grains and straws to explore rice cultivars with low radiocesium

accumulation. Journal of Radioanalytical and Nuclear Chemistry [J], 314: 1009-1021.

KOO Y-H, YANG Y-S, SONG K-W 2014. Radioactivity release from the Fukushima accident

and its consequences: A review. Progress in Nuclear Energy [J], 74: 61-70.

KUBO K, KOBAYASHI H, NITTA M, et al. 2020. Variations in radioactive cesium accumulation

in wheat germplasm from fields affected by the 2011 fukushima nuclear power plant accident.

Scientific reports [J], 10: 1-11.

LENG Q, MERCIER R W, HUA B-G, et al. 2002. Electrophysiological analysis of cloned cyclic

nucleotide-gated ion channels. Plant Physiology [J], 128: 400-410.

MAATHUIS F J, SANDERS D 1996. Mechanisms of potassium absorption by higher plant roots.

Physiologia Plantarum [J], 96: 158-168.

MAGWENE P M, WILLIS J H, KELLY J K 2011. The statistics of bulk segregant analysis using

next generation sequencing. PLoS Comput Biol [J], 7: e1002255.

MANSFELD B N, GRUMET R 2018. QTLseqr: An R package for bulk segregant analysis with

next‐generation sequencing. The plant genome [J], 11: 180006.

MENG L, LI H, ZHANG L, et al. 2015. QTL IciMapping: integrated software for genetic linkage

map construction and quantitative trait locus mapping in biparental populations. The Crop Journal

[J], 3: 269-283.

NAWAZ Z, KAKAR K U, SAAND M A, et al. 2014. Cyclic nucleotide-gated ion channel gene

family in rice, identification, characterization and experimental analysis of expression response

to plant hormones, biotic and abiotic stresses. Bmc Genomics [J], 15: 853.

NEMOTO K. Rice-tracking rice radiocontamination in Oguni, Date City[C]//K. NEMOTO. Six

Years after the Fukushima Nuclear Disaster: Impacts on Agriculture and Forestry.University of

Tokyo Press, Tokyo,2017:1-35.

109

NEMOTO K, ABE J. Radiocesium absorption by rice in paddy field ecosystems[C]//Agricultural

Implications of the Fukushima Nuclear Accident.Springer, Tokyo,2013:19-27.

NIEVES-CORDONES M, RÓDENAS R, CHAVANIEU A, et al. 2016. Uneven HAK/KUP/KT

protein diversity among angiosperms: species distribution and perspectives. Frontiers in plant

science [J], 7: 127.

NIHEI N, TANOI K, NAKANISHI T M 2015. Inspections of radiocesium concentration levels

in rice from Fukushima Prefecture after the Fukushima Dai-ichi Nuclear Power Plant accident.

Scientific reports [J], 5: 1-8.

NOBORI T, KOBAYASHI N I, TANOI K, et al. 2014. Effects of potassium in reducing the

radiocesium translocation to grain in rice. Soil Science and Plant Nutrition [J], 60: 772-781.

OHMORI Y, INUI Y, KAJIKAWA M, et al. 2014. Difference in cesium accumulation among rice

cultivars grown in the paddy field in Fukushima Prefecture in 2011 and 2012. Journal of plant

research [J], 127: 57-66.

ONO Y, SATO H, SAKUMA H, et al. 2014. Variation in rice radiocesium absorption among

different cultivars. Fukushima-Ken Nogyo Sogo Senta Kenkyu Hokoku [J]: 29-32.

OOMEN R J, BENITO B, SENTENAC H, et al. 2012. HKT2; 2/1, a K+‐permeable transporter

identified in a salt‐tolerant rice cultivar through surveys of natural genetic polymorphism. The

Plant Journal [J], 71: 750-762.

OOSTERHUIS D M, LOKA D A, KAWAKAMI E M, et al. The physiology of potassium in crop

production[C]//Advances in agronomy.Elsevier,2014:203-233.

PAN X, HUANG S, CHEN K, et al. 2012. Selection of rice restorer lines with salinity tolerance

through salt solution irrigation over whole growth stage under field conditions. Chinese Journal

of Rice Science [J], 26: 49-54.

PAYNE K A, BOWEN H C, HAMMOND J P, et al. 2004. Natural genetic variation in caesium

(Cs) accumulation by Arabidopsis thaliana. New Phytologist [J], 162: 535-548.

QI Z, HAMPTON C R, SHIN R, et al. 2008. The high affinity K+ transporter AtHAK5 plays a

physiological role in planta at very low K+ concentrations and provides a caesium uptake pathway

in Arabidopsis. Journal of experimental botany [J], 59: 595-607.

110

RAGEL P, RADDATZ N, LEIDI E O, et al. 2019. Regulation of K+ nutrition in plants. Frontiers

in plant science [J], 10: 281.

RAI H, KAWABATA M 2020. The Dynamics of Radio-Cesium in Soils and Mechanism of

Cesium Uptake Into Higher Plants: Newly Elucidated Mechanism of Cesium Uptake Into Rice

Plants. Frontiers in plant science [J], 11: 528.

RAI H Y S, SATOH-NAGASAWA N, FURUKAWA J, NOMI T, ITO Y, FUJIMURA S,

TAKAHASHI H, SUZUKI R, YOUSRA E, GOTO A, FUJI S, NAKAMURA SI, SHINANO T,

NAGASAWA N, WABIKO H, AND HATTORI H 2017. Cesium Uptake by Rice Roots Largely

Depends Upon a Single Gene, HAK1, Which Encodes a Potassium Transporter. Plant Cell

Physiology [J], 58: 1486-1493.

RELMAN A S 1956. The physiological behavior of rubidium and cesium in relation to that of

potassium. The Yale journal of biology and medicine [J], 29: 248.

RODRÍGUEZ-NAVARRO A 2000. Potassium transport in fungi and plants. Biochimica et

Biophysica Acta, Reviews on Biomembranes [J], 1469: 1-30.

SASSI A, MIEULET D, KHAN I, et al. 2012. The rice monovalent cation transporter OsHKT2;

4: revisited ionic selectivity. Plant Physiology [J], 160: 498-510.

SHINANO T, WATANABE T, CHU Q, et al. 2014. Varietal difference in radiocesium uptake and

transfer from radiocesium deposited soils in the genus Amaranthus. Soil Science and Plant

Nutrition [J], 60: 809-817.

STEINHAUSER G, BRANDL A, JOHNSON T E 2014. Comparison of the Chernobyl and

Fukushima nuclear accidents: a review of the environmental impacts. Science of the total

environment [J], 470: 800-817.

SUZUKI K, COSTA A, NAKAYAMA H, et al. 2016. OsHKT2; 2/1-mediated Na+ influx over

K+ uptake in roots potentially increases toxic Na+ accumulation in a salt-tolerant landrace of rice

Nona Bokra upon salinity stress. Journal of plant research [J], 129: 67-77.

TAKAGI H, ABE A, YOSHIDA K, et al. 2013. QTL‐seq: rapid mapping of quantitative trait

loci in rice by whole genome resequencing of DNA from two bulked populations. The Plant

Journal [J], 74: 174-183.

111

TANOI K, NOBORI T, SHIOMI S, et al. Cesium Translocation in Rice[C]//Agricultural

Implications of the Fukushima Nuclear Accident (III).Springer, Singapore,2019:15-25.

THIELEN H 2012. The Fukushima Daiichi nuclear accident—an overview. Health physics [J],

103: 169-174.

TSUKADA H, HASEGAWA H, HISAMATSU S, et al. 2002. Rice uptake and distributions of

radioactive 137Cs, stable 133Cs and K from soil. Environmental Pollution [J], 117: 403-409.

VAN DER AUWERA G A, CARNEIRO M O, HARTL C, et al. 2013. From FastQ data to high‐

confidence variant calls: the genome analysis toolkit best practices pipeline. Current protocols in

bioinformatics [J], 43: 11.10. 11-11.10. 33.

VANDEBROEK L, VAN HEES M, DELVAUX B, et al. 2012. Relevance of Radiocaesium

Interception Potential (RIP) on a worldwide scale to assess soil vulnerability to 137Cs

contamination. Journal of Environmental Radioactivity [J], 104: 87-93.

VOORRIPS R 2002. MapChart: software for the graphical presentation of linkage maps and

QTLs. Journal of heredity [J], 93: 77-78.

WANG S, BASTEN C, ZENG Z 2012. Windows QTL Cartographer 2.5. Raleigh, NC:

Department of Statistics, North Carolina State University [M].

WANG Y, WU W-H 2013. Potassium transport and signaling in higher plants. Annual Review of

Plant Biology [J], 64: 451-476.

WENGER J W, SCHWARTZ K, SHERLOCK G 2010. Bulk segregant analysis by highthroughput sequencing reveals a novel xylose utilization gene from Saccharomyces cerevisiae.

PLoS Genet [J], 6: e1000942.

WHITE P J, BROADLEY M R 2000. Mechanisms of caesium uptake by plants. New Phytologist

[J], 147: 241-256.

WU D-H, WU H-P, WANG C-S, et al. 2013. Genome-wide InDel marker system for application

in rice breeding and mapping studies. Euphytica [J], 192: 131-143.

YAMAGUCHI N, TAKATA Y, HAYASHI K, et al. 2012. Behavior of radiocaesium in soil-plant

systems and its controlling factor. Nogyo Kankyo Gijutsu Kenkyusho Hokoku Bulletin of

112

National Institute for Agro-Environmental Sciences [J]: 75-129.

ZEGEYE W A, ZHANG Y, CAO L, et al. 2018. Whole Genome Resequencing from bulked

populations as a rapid QTL and gene identification method in rice. International Journal of

Molecular Sciences [J], 19: 4000.

ZENG Y, WEN Z, MA L, et al. 2013. Development of 1047 insertion-deletion markers for rice

genetic studies and breeding. Genet. Mol. Res [J], 12: 5226-5235.

ZHU Y G, SMOLDERS E 2000. Plant uptake of radiocaesium: a review of mechanisms,

regulation and application. Journal of experimental botany [J], 51: 1635-1645.

113

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