8.6 経時的に撮影可能なオートラジオグラフィ技術を用いた低カリウムスト
レス時における放射性セシウム動態制御機構の解明
Analysis of radiocesium regulation mechanism in plants under low-potassium stress using
time-lapse autoradiography technique
海野佑介, 武田晃, 木花将, 山上睦
環境影響研究部

Yusuke UNNO, Akira TAKEDA, Masaru KIHANA, Mutsumi YAMAGAMI
Department of Radioecology

Abstract
While much is known about the physiological functions involved in soil-to-plant 137Cs transferability
and their regulatory mechanisms, little is known about the physiological functions involved in 137Cs dynamics
in plants. In this study, we selected Arabidopsis thaliana transporter disruption lines with different stable
cesium dynamics in the plant and observed the dynamics of 137Cs in the plant using autoradiographic
techniques that can capture the behavior of 137Cs in the plant over time. The results showed that in the KAT2
disruption line, 137Cs applied to leaves moved from leaves to stems within 7 days under low-potassium stresscondition. These results suggest that the KAT2 gene may be involved in the short-term translocation of 137Csfrom leaves to stems in Arabidopsis.
1. 目的
セシウムはカリウム輸送体や非選択的な陽イオンも影響を及ぼすことを意味している。また、前述し輸送体によって植物体内を移動すると考えられていた「放射性物質異常放出事後対応調査」ではカルシる。これまで大型再処理施設放射能影響調査交付金ウム添加により植物体中のセシウム濃度を低減する調査事業「放射性物質環境移行低減化調査」におい手法を確立している。このように様々な輸送体が植て、様々な輸送体破壊系統に対して安定セシウム吸物体の栄養条件によってそれぞれ異なる応答を示す

収実験を行い、これらの輸送体が植物体中セシウムことから、特定の輸送体が植物体内の「どの部位」濃度に影響することを示してきた。合わせて、これで「どのようなタイミング」で 「どのような物質をらの輸送体破壊系統によるセシウム濃度の低下が、輸送して」「どのように成長を制御しているか」は、「低カリウム」ストレス下で観察されやすいことも輸送体の機能を解明するうえでの大きな「問い」の明らかにした。これらのことは、「低カリウム」ス一つになっている。

トレスにより特異的に発現する輸送体が存在するこ本研究では放射性セシウム動態に関与する輸送体とを意味している。さらに一部の輸送体破壊株では、の発現状況を分子生物学手法で明らかにすると同時「低カリウム」条件下で体内カリウム濃度は低下せに、β線による発光現象を経時的に撮影可能なオーず生育のみが抑制され、さらにセシウム含有率が低トラジオグラフィ技術によりシロイヌナズナ輸送体下するという現象が見られた。これらのことは、「低変異系統における放射性セシウムの空間的・時間的カリウム」条件下で発現するカリウム輸送体が植物な変動を明らかにすることで、植物体内の放射性セ体中のセシウム濃度、さらには植物体の生育自体にシウム動態に関与する生理機能とその制御機構を評価する。植物体内の放射性セシウム動態に関与するートラジオグラフィ技術によって行う。研究1) の結生理機能とその制御機構を明らかにすることは、放果をもとに条件を設定し、量研高崎研においてリア射性セシウムの収穫部位への移行を低減する新規技ルタイムイメージングデータ取得を行う。

術の開発に貢献する。
令和2年度に行った環境研自主研究において、β線

3. 成果の概要による発光現象を使用したリアルタイムイメージン

1) 輸送体破壊系統の低カリウムストレス時におけグ技術によって植物体内の放射性セシウム動態評価るセシウム動態変動解明が可能であることを示した。令和3年度は、これまでの成果を発展し、下記の2つの研究を遂行した。

野生株と異なる植物体内安定セシウム分配特性を示す輸送体破壊系統を選出した。選出された輸送体破壊系統のうち、形態が野生株と比較して小さくな2. 方法るという特徴を持つKAT2破壊系統を対象として、根1) 輸送体破壊系統の低カリウムストレス時におけから吸収させた 137Cs 及び葉や茎に塗布した 137Csのるセシウム動態変動解明

植物体内での分配をイメージングプレートによってシロイヌナズナのカリウム輸送体破壊系統につい測定した。葉に137Csを塗布した植物をイメージングて低カリウムストレス時に生じるイオン濃度の変動プレートによって測定した結果、KAT2破壊系統は野を比較し、セシウムが特異的に変動する系統を特定生株と比較して 137Cs を添加した葉からほかの葉やする。本調査では調査研究「放射性物質環境移行低根に137Csが移動しやすいという特徴を示した（Fig.

減化調査」により単離した27のカリウム輸送体と25１）。これらの結果、葉に塗布した137Csの植物体内の非選択的な陽イオン輸送体の破壊系統について、での分配に関与する遺伝子としてKAT2を特定する

低カリウムストレス条件で水耕栽培し、各器官に取ことができた。

り込まれた安定セシウムの濃度と部位別の分配率を

2) β線による発光現象を使用したリアルタイムイ

測定することで、野生株と異なる輸送体破壊系統をメージング技術による低カリウムストレス時の輸送選出する。選出された輸送体破壊系統に対して、根体破壊系統の放射性セシウム動態評価

137

137

Cs 及び葉や茎に塗布した Csの1) に示した成果をもとにKAT2破壊系統と野生株植物体内での分配をイメージングプレートによってを対象として、葉に塗布した137Csの植物体内におけ測定する。

るリアルタイムイメージングデータを取得した。そ2) β線による発光現象を使用したリアルタイムイの結果、葉に塗布した137CsはKAT2破壊系統においメージング技術による低カリウムストレス時の輸送ては7日以内に葉から茎に移動するという特性を示体破壊系統の放射性セシウム動態評価したが、野生株ではそのような特徴的な変動を示さから吸収させた輸送体破壊系統における低カリウムストレスで生なかった。これらの結果、KAT2遺伝子はシロイヌナ

じるセシウム吸収量の低下が、微量で局所的なセシズナにおいて葉から茎への 137Cs の短期的な移行にウムの変動を伴って起きているのか否かをβ線によ関与している可能性が示唆された。

る発光現象を使用したリアルタイムイメージング技術によって明らかにする。さらに、植物体内における放射性セシウム動態への各輸送体の空間的・時間的作用機序解明を目指す。低カリウムストレスで特徴的な挙動を示した輸送体破壊系統の137Cs の動態解析をβ線による発光現象を経時的に撮影可能なオ

Fig. 1 Results of 137Cs kinetic analysis in plants with 137Cs applied to leaves, showing that
KAT2 disruption lines are more likely to transfer 137Cs from 137Cs-added leaves to other leaves
and roots than wild lines.