作成： 1997/11/04 矢頭 治
データ番号 ：020072
培養細胞に対する放射線照射効果
目的 ：薬用植物の突然変異育種を目的とした培養細胞への放射線照射
放射線の種別 ：ガンマ線
放射線源 ：60Co線源(44.4TBq)、60Co線源(88.8TBq)
線量（率） ：20-6000Gy (100Gy/hまたは25Gy/h)、0.2-16Gy/day
利用施設名 ：農林水産省農業生物資源研究所放射線育種場ガンマールーム、ガンマーフィールド
照射条件 ：室温照射、屋外での生体照射
応用分野 ：突然変異育種
概要 ：
1 ベニバナのカルスと幼苗にγ線を照射したところ、カルスでの生物効果は幼苗の場合の約半分であった。カルスでの生物効果には線量率効果もみられたが、照射の効果はカルスの1回の継代培養でみられなくなった。
2 γ線を照射したオウレンの葉又は花芽由来のカルスを誘導し、薬用成分のベルベリン含有量の変異を調査した。照射後の細胞では含有量は全体として低下したが、一部の細胞でベルベリン含有量の高いものが出現した。
詳細説明 ：
薬用植物の育種では、利用可能な遺伝子資源が少ないこと、また多年生で生育の遅いものが多いことが理由で、通常の交配育種の効率が低い場合が多い。そこで、細胞培養技術を利用して遺伝変異を拡大するための基礎データを収集した。
1 培養細胞の放射線感受性
ベニバナの葉から誘導したカルスを継代培養し、生育の安定したカルス系統を選抜し、これを用いてγ線の生物効果を調査した。
60Coのγ線を100Gy/hで、カルス、幼苗、乾燥種子に照射し、照射後の生育量で生物効果を測定したところ、RD50はそれぞれ1200Gy、600Gy、4000Gyであり,カルスの放射線感受性は生体のほぼ半分であった.カルスでは照射効果に線量率効果がみられ、総照射線量が600の場合でも4000Gy/hの照射では生育はほぼ完全に抑制された。
カルスの生育ステージ別の放射線感受性では、カルスの継代培養の移植直後から数日後が最も放射線感受性が高く、一方移植後2週間以降で最も低くなった。照射カルスで見られる放射線の生育抑制効果はカルスの培養中に継続して見られるが、このカルスを継代培養するとカルスの生育では放射線照射の効果は消失した。
以上の結果から、カルスの放射線感受性は生体照射に近いものであるが、増殖活性をもつ細胞が多いために生体より感受性がやや低いことが示された。またカルスは細胞分裂の活性が高いため線量率効果が大きく、またカルスの生育ステージによって照射の生物効果が大きく異なり、継代培養により照射の効果が消失することが示された。
上記のようにカルスに対する放射線の生物効果は照射条件によって大きく変わる。これまでの文献の中から照射条件が明確であるものについて照射の生物効果(RD50)を表1に示す。
表1 Radiosensitivities of plant callus.（原論文1より引用）
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Plant Species RD50(kR) 1) Authors
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Pisum sativum 2.5 2) Burholt, D.R.and Van't,Hof,J.(1974)
Petunia inflata 5 Bapat,V.A.(1976)
Daucus carota 5-10 Miszke,W. et al. (1979)
Nicotiana tabacum 5.2 3) Venketeswaran,S(1966)
10 Opatrny,Z. (1974)
Phaseolus vulgaris 10 3) Bajaj,Y.P.S.et al(1970)
Citrus sinensis >16 Spiegel-Roy,P.and Kochba,J.(1973)
Pharbitis nil 20 Rao,P.S.et al. (1976)
Arachis hypogaea 100 Verma,D.P.S.and Van Huystee,R.B.(1971)
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1)RD50 values on the callus growth.
2)RD50 value on the increase of cell number.
3)Suspension culture.
2 薬用成分含量の変異の誘発
薬用成分含量に関する変異を誘発するために、オウレンを供試し、オウレン植物体に25Gy/hでの2000-6000Gyの急照射と0.2-16Gy/dayでの継続した緩照射を行い、この照射植物体からカルスを誘導し、細胞のベルベリン含有量の変異を調査した。照射した植物体から誘導したカルスの平均ベルベリン含有量は、急照射と緩照射とにかかわらず低下する傾向がみられたが、3000Gy急照射区のカルスにベルベリンの高含量のカルスが得られた。
コメント ：
突然変異誘発を目的とした植物培養細胞への放射線照射では、照射条件によって生物効果が大きく変化することに配慮が必要である。培養細胞のように生理活性の高い細胞の放射線感受性は細胞の環境によって放射線感受性が変化しやすい。また、細胞の放射線感受性は細胞分裂周期によって大きく変化するため、細胞分裂活性の高い培養細胞では放射線感受性が変化しやすい。さらに培養細胞は継代培養等の操作によって細胞の状態が大きく変化するため、これによっても放射線感受性が変化する。培養細胞への放射線照射の効果を再現性の高いものにするためには、培養条件と照射条件を厳格に制御することが必要である。
原論文１ Data source 1：
In Vitro mutation breeding in medicinal plants.
H.Kukimura and O.Yatou
Institute of Radiation Breeding,NIAR,MAFF
Gamma Field Symposia Vol.23,55-69 (1984)
参考資料１ Reference 1：
Dose-response of cell proliferation in diploid and mixoploid cultured root explant.
D.R.Burholt and J.Van't Hof
Intl' J. of Radiation Biology, 26, p181-185 (1974)
参考資料２ Reference 2：
Differential radiosensitivity of seeds, seedlings and callus cultures of Petunia inflata.
V.A.Bapat and P.S.Rao
Plant Science Letters, 6, p291-298 (1976)
参考資料３ Reference 3：
Effect of different doses of gamma rays and fast neutrons on growth of carrot callus tissue.
W.Miszke, B.Skucinska, J.Huczkowski and A.Cebulska-Wasilewska.
Genetica Polonica, 20, p507-515 (1979)
参考資料４ Reference 4：
A conparative study of the effects of gamma radiation on organized and disorganized growth of tobacco.
S.Venketeswaran and C.R.Partanen
Radiation Botany, 6, p13-20 (1966)
参考資料５ Reference 5：
Effect of gamma-radiation on the growth of primary and "long-term" tissue culture (Nicotiana tabacum L.)
Z.Opatrny
Biologia Plantarum, 16, p418-425 (1974)
参考資料６ Reference 6：
Gamma irradiation studies on seeds, seedlings and callus cultures of Phaseolus vulgaris L.
Y.P.S.Bajaj, A.W.Saettler and M.W.Adams
Radiation Botany, 10, p119-124 (1970)
参考資料７ Reference 7：
Stimulation of differentiation in orange (Citrus sinensis) ovular callus in relation to the media.
P.Spiegel-Roy and J.Kochba
Radiation Botany, 13, p97-103 (1973)
参考資料８ Reference 8：
A comparative study of the differential radiosensitivity of seeds, seedling and tissue cultures of the Japanese morning glory (Pharbitis nil).
P.S.Rao, H.Harada and V.A.Bapat
Plant and Cell Physiology, 17, p119-125 (1976)
参考資料９ Reference 9：
Induction of giant cells in suspension cultures of Arachis hypogaea, L. by massive irradiation.
D.P.S.Verma and R.B.van Huystee
Radiation Research, 48, p518-530 (1971)
キーワード：突然変異育種、植物培養細胞、放射線照射
mutation breeding, cultured plant cell,irradiaiton
分類コード：020501