For decades, traditional mutation breeding technologies using spontaneous mutation, chemicals, or conventional radiation sources have contributed greatly to the improvement of crops and microorganisms of agricultural and industrial importance. However, new mutagens that can generate more diverse mutation spectra with minimal damage to the original organism are always in need. In this regard, ion beam irradiation, including proton-, helium-, and heavier-charged particle irradiation, is considered to be superior to traditional radiation mutagenesis. In particular, it has been suggested that ion beams predominantly produce strand breaks that often lead to mutations, which is not a situation frequently observed in mutagenesis induced by gamma-ray exposure. In this review, we briefly describe the general principles and history of particle accelerators, and then introduce their successful application in ion beam technology for the improvement of crops and microbes. In particular, a 100-MeV proton beam accelerator currently under construction by the Proton Engineering Frontier Project (PEFP) is discussed. The PEFP accelerator will hopefully prompt the utilization of ion beam technology for strain improvement, as well as for use in nuclear physics, medical science, biology, space technology, radiation technology and basic sciences.
The solvent effects on the relative free energies of Eu3+ to Yb3+ ion mutation in solution have been investigated using a Monte Carlo simulation of statistical perturbation theory (SPT). Our results agree well with available data that were obtained by others. Particularly, the results of water (SPC/E) solvent are almost identical with experimental data. For the present Eu3+ and Yb3+ ions, the relative free energies of solvation vs. Born’s function of bulk solvents decrease with increasing Born’s function of bulk solvents. There is also good agreement between the calculated structural properties in this study and the published works obtained by computer simulation and experimental work.
본 연구에서는 ion-pair reversed-phase high performance liquid chromatography (IP-RP-HPLC)방식을 이용한 denaturing high performance liquid chromatography (DHPLC)방법을 사용하여 기관지 천식을 조절하는 ${\beta}_2$-교감신경수용체 유전자의 돌연변이를 검출하였다. 50명의 천식 환자의 혈액에서 genomic DNA를 추출하여 중합효소연쇄반응 (polymerase chain reaction, PCR)을 이용해 증폭하고, 그 산물을 DHPLC로 분석한 결과, 50개의 시료 가운데 15개 (30%)의 돌연변이를 검출하였다. 최종적으로 유전자 염기서열결정법을 통해 DHPLC의 돌연변이 검출률이 정확함을 확인하였다.
토양세균 B.subtilis subsp. krictiensis로부터 항진균활성물질 KRF-001 복합체를 생산하기 위한 발효 조건을 조사하였다. Whey와 mannitol 등이 탄소원으로, CSL, corn gluten meal 그리고 polypeptone이 복합질소원으로 좋았다. 중온균인 생산균은 중성 pH조건에서 P.oryzae에 대한 bioactivity가 가장 높았으며, 0-10 DO의 낮은 용존산소 조건에서도 bioactivity가 유지되었다. 인산염의 농도가$ K_2HPO_4$, 0.047에서 0.097로 높아짐에 따라 1/2의 bioactivity 감소가 관찰되었다. 한편 UV 및 MNNG에 의한 돌연변이에 의해 우수균주 3개를 선별하였다.
The solvent effects on the relative free energies of solvation and the difference in partition coefficients (log P) for $Rb^+$ to $K^+$ mutation in several solvents have been investigated using Monte Carlo simulation (MCS) of statistical perturbation theory(SPT). In comparing the relative free energies for interconversion of one ion pair, $Rb^+$ to $K^+$, in $H_2O$(TIP4P) in this study with the relative free energies of the computer simulations and the experimental, we found that the figure in this study with the relative free energies of the computert simulations and the experimental, we found that the figure in this study is $-5.00\pm0.11$ kcal/mol and those of the computer simulations are $-5.40\pm1.9$, -5.5, and -5.4 kcal/mol. The experimental is -5.1 kcal/mol. There is good agreement among various studies, taking into account both methods used to obtain the hydration free energies and standard deviations. There is also good agreement between the calculated structural properties of this study and the simulations, ab initio and the experimental results. We have explained the deviation of the relationship between the free energy difference and the Onsager dielectric function of solvents by the electron pair donor properties of the solvents. For the $Rb^+$ and $K^+$ ion pair, the Onsager dielectric function of solvents (or solvent permittivity), donor number of solvent and the differences in solvation dominate the differences in the relative free energies of solvation and partition coefficients.
현재 일반적으로 많이 사용되는 single strand conformation polymorphism (SSCP)나 denaturing gradient gel electrophoresis (DGGE)같은 돌연변이 검출법은 많은 시간과 비용, 그리고 노동력이 소모된다는 단점과 실험자의 실험에 대한 숙련도에 의해 실험 결과가 달라지는 한계점을 가지고 있다. 이런 단점들을 보완하기 위하여 ion-pair reversed phase chromatography (IP-RPC)방식을 이용한 denaturing high performance liquid chromatography (DHPLC)방법을 사용하여 기관지 천식 (bronchial asthma)을 조절하는 베타2-교감신경수용체 유전자의 돌연변이를 검출하였다. 80명의 천식 환자의 혈액에서 genomic DNA를 추출하여 중합효소연쇄반응 (polymerase chain reaction)을 이용해 증폭하고, 그 산물을 SSCP와 DHPLC로 분석하였다. 그 결과, 베타2-교감신경수용체 유전자에서 SSCP는 80명의 sample 가운데 19개 (23.75%)의 돌연변이를 검출하였고, DHPLC는 25개 (31.25%)의 변이를 검출하였다. 돌연변이 검출법으로 DHPLC 분석법이 SSCP보다 더 빠르고 효과적인 방법임을 확인하였다.
While ion beams are widely used in plant breeding, little is known about the sensitivity of Lavandula angustifolia (lavender) to ionizing radiation. To compare the biological effects of different types of ionizing radiation on the germination and survival rates of lavender, we exposed lavender seeds to gamma rays, 3 MeV electron beams, and 1.89 MeV proton ion beams. We observed that the seed germination rate decreased with increasing dosages of all three types of ionizing radiation. The malformation rate of lavender seedlings exposed to electron beams and gamma rays increased with increasing radiation dosage. By contrast, the effect of the accelerated proton beams on the malformation rate was negatively correlated with the dosage used. The survival rate of lavender seedlings exposed to the three types of ionizing radiation decreased in a dose-dependent manner. In addition, the survival rate of seedlings irradiated with proton and electron beams decreased more slowly than did that of seedlings irradiated with gamma rays. The half-lethal dose of gamma rays, electron beams, and proton beams was determined to be 48.1 Gy, 134.3 Gy, and 277.8 Gy, respectively, and the most suitable proton-ion energy for lavender seeds in terms of penetration depth was determined to be 5 MeV. These findings provide valuable information for the breeding of lavender by radiation mutation.
Electron cyclotron resonance (ECR) ion source is an essential component of heavy-ion accelerator. For a given design, the intensities of the highly charged ion beams extracted from the source can be increased by enlarging the physical volume of ECR zone [1]. Several models for ECR ion source were and will be constructed depending on their operating conditions [2-4]. In this paper three simulation models with 3, 4 and 6 solenoid system were built, but it's not considered anything else except the number of coils. Two groups of optimization analysis are presented, and the evolution strategy (ES) is adopted as an optimization tool which is a technique based on the ideas of mutation, adaptation and annealing [5]. In this research, the volume of ECR zone was calculated approximately, and optimized designs for ECR solenoid magnet system were presented. Firstly it is better to make the volume of ECR zone large to increase the intensity of ion beam under the specific confinement field conditions. At the same time the total volume of superconducting solenoids must be decreased to save material. By considering the volume of ECR zone and the total length of solenoids in each model with different number of coils, the 6 solenoid system represented the highest coil performance. By the way, a certain case, ECR zone volume itself can be essential than the cost. So the maximum ECR zone volume for each solenoid magnet system was calculated respectively with the same size of the plasma chamber and the total magnet space. By comparing the volume of ECR zone, the 6 solenoid system can be also made with the maximum ECR zone volume.
The economic scale of nuclear application is a good indicator to show how the radiation technology is useful and contribute to improve public welfare and living standard. Recent research in Japan shows that the economic scale of nuclear field was 4,112 B¥ for radiation application(46%) and 4,741 B¥ for nuclear energy (54%) playing a role of "two wheels of one cart" in nuclear field and the total 8,853 B¥ constitutes 1.8% of gross domestic products (GDP). The radiation application consisted of 2,295 B¥ (56%) in industry (semiconductor, sterilization, nondestructive testing, radiation processing of tires, etc.), 1,538 B¥ (37%) in medicine (therapy and diagnosis such as X-ray, nuclear medicine, computed tomography, etc.) and 279 B¥ (7%) in agriculture (mutation breeding, food irradiation, sterile insect technique, etc.). Radiation application by ${\gamma}$-ray, electron beam and ion beam is steadily increasing in Japan.
전보에 개발된 배지에 국산 포도당을 이용한 발효결과, 구연산 생성은 37∼43g/ι이었다. 제품X의 경우는 제품Y에 비해 구연산 생성이 우수하여 43g/ι가 생성되었다. 국산 포도당을 Ambelite-IR -120으로 처리하고, peptone도 potassium ferrocyan-ide로 처리하여 금속이온을 제거한 뒤에, 10mg/ι의 철 이온을 첨가하였을 때 구연산 생성은 53gm/ι에 달하였다. 또한 원래 Sakaguchi 배지에 비해 3배나 많이 구연산이 생성되었다. 분리 동정된 Asp. niger를 다른 문헌과 비교하였을 때 큰 손색이 없었으며, 앞으로의 생리연구 및 mutation 연구가 필요하겠다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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