作成： 1999/12/07 長谷川 博
データ番号 ：020173
高等植物において放射線により誘発される染色体異常
目的 ：高等植物の有糸分裂、減数分裂に及ぼす放射線の効果に関する細胞学的観察
放射線の種別 ：エックス線
放射線源 ：X線照射装置；
原論文1は Stabilipan X-ray machine、250kV, 25mA フィルターなし、
原論文2は Philips deep-therapy X-ray apparatus、250kV, 15mA (フィルターなし)
線量（率） ：原論文1；1500R（15Gy相当）：1280R/min、原論文2；25〜100R（0.25〜1Gy相当）：50R/min
応用分野 ：放射線生物学研究、植物細胞遺伝学研究、植物育種
概要 ：
ソラマメ(Vicia faba)の種子、および種々のステージにある雄性生殖細胞にX線照射を行って、有糸分裂と減数分裂時における染色体・染色分体異常の種類と異常細胞の頻度を調べた。照射時の分裂組織細胞の細胞周期のステージと染色体異常との関係、染色体異常の出現頻度に関する線量反応についての考察を行った。
詳細説明 ：
放射線照射により生じる染色体異常は花粉、種子不稔の原因となり、その発生を抑制することは放射線障害の回避の一つの有力な方法である。このため、放射線が細胞分裂に及ぼす多くの基礎研究がなされている。ここでは、ソラマメを材料としてX線照射が有糸分裂と減数分裂に及ぼす影響を調べた結果を紹介する。
原論文1：ソラマメ(Vicia faba)の種子に1500RのX線を照射した後、2μCi/mlの3Hでラベルしたチミジン(specific activity, 5500mC/mmol)を含むバーミキュライト上で発芽させ(19℃)、22〜54時間後の幼根分裂組織の有糸分裂後期の細胞の染色体を観察した。染色体異常を示す細胞の頻度は播種後22時間では58.49%であったが、その頻度は時間と共に減少してして、播種後54時間では2.05%まで低下した。3Hでラベルされた細胞とラベルされていない細胞の比、および染色体の異常と染色分体の異常の出現の比も播種後時間の経過とともに変化した。播種後22時間の細胞はほとんどがラベルされていなかったが、時間の経過と共にラベルされた細胞が増加した。播種後30時間までは染色分体型の異常を示す細胞の方が多く出現したが、時間の経過とともに染色体型の異常を示す細胞の出現頻度が増加した。播種後42時間で染色体型の出現頻度が染色分体型より多くなったが、播種後54時間では再度染色分体型の出現頻度が多くなった。染色分体型の異常の中にはラベルされた細胞とされていない細胞が見い出されたが、播種後の時間の経過と共にラベルされた染色分体型異常を示す細胞が多くなった(表1)。
表1 Frequencies of anaphases with chromatid (B') and chromosome (B'') breaks in the radicle meristems of seeds of V. faba var. minor irradiated with 155R of X-rays in the resting state and germinated in water containing ［3H］thymidine. （原論文1より引用。 Reproduced from Mutation Research 3: 305-313, 1966, Tab.2(p.307), A.Brunori, Silvana Avanzi and F.D'Amato, Chromatid and chromosome aberrations in irradiated dry seeds of Vicia faba; Copyright(1966), with permission from Elsevier Science.）
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Time of Number of Number of Number of Number of
germination radicles anaphases normal anaphases U aberrant
(h) analysed analysed ----------------- anaphases(B')
L U
------------------------------------------------------------------
22 4 106 1 43 59
26 8 373 54 184 116
30 10 786 326 267 143
36 10 1242 755 309 97
42 10 2394 2081 69 9
54 15 4267 4049 111 2
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Number of L aberrant Total aberrant
anaphases anaphases
----------------------------------------
with B' with B'' Number %
----------------------------------------
3 0 62 58.49
18 1 135 36.19
36 14 193 24.55
30 51 178 14.33
77 158 244 10.19
62 43 107 2.50
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このような染色体、染色分体型異常を示す細胞の出現頻度と出現パターンは照射時における根端分裂組織にDNA合成前の細胞(G1期、2C、Cはゲノム当たりの染色体量)と合成終了後の細胞(G2期、4C)が混在しており、それぞれの細胞の放射線感受性が異なることで説明可能である。なお、G1、G2期の中でも放射線感受性が異なることも明らかになった。根端分裂組織における2Cと4Cの細胞の分布はフォイルゲン染色した核を顕微分光法で調査することにより確認できた。
原論文2：水耕栽培で4週間育てたソラマメの早生品種EMMAの植物体に25〜100RのX線を照射した。照射時の植物体は開花初期にあたり、雄性生殖細胞について種々のステージにある細胞を含んでいた。照射後、花粉母細胞(PMC)と花粉の細胞学的調査を行い、X線照射が減数分裂に及ぼす効果を調べた。染色体と染色分体の橋、断片などの異常は第1、第2分裂後期にもっとも明確に現れた。図1は第1分裂後期に現れるさまざまな染色分体異常を示したものである。
図1 X-ray-induced disturbances in anaphase I (magnification 1000x), (a) chromatid break ( 1 fragment); (b) chromatid bridge between homologous chromosomes with 2 fragments; (c) chromatid bridge between non-homologous chromosomes; (d) chromatid loop, and chromatid break, plus 2 fragments; (e) chromatid dicentric between non-homologous chromosomes, with 1 fragment; (f) and (g) subchromatidic bridges. （原論文2より引用。 Reproduced from Mutation Research 3: 314-326, 1966, Fig.2(p.317), Rene Ecochard, Effects of X-irradiation on the meiosis of Vicia faba; Copyright(1966), with permission from Elsevier Science.）
中間期や4分子期においては染色体断片に起因する小核が形成されているのが認められた。染色体異常を示す細胞の出現頻度ならびに1細胞に染色体異常が発生する件数は照射線量の増加に伴って大きくなった。X線照射後の第1分裂後期において、100R照射区における1細胞当たりの染色体断片と染色体橋の出現頻度はそれぞれ、1.108と0.390であった(表2)。
表2 Number of fragments and bridges in anaphase I as a function of the exposure dose. （原論文2より引用。 Reproduced from Mutation Research 3: 314-326, 1966, Tab.2(p.320), with permission from Elsevier Science.）
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Number of Fragments Bridges
aberrations ------------------------------- -------------------------------
0 R 25 R 50 R 75 R 100 R 0 R 25 R 50 R 75 R 100 R
-----------------------------------------------------------------------------
0 502 370 365 300 198 504 425 446 450 382
1 17 81 114 179 195 19 39 66 92 157
2 4 11 29 56 126 1 2 6 34
3 2 5 10 38 1
4 1 1 3 11
5 5
6 1
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Total cells 523 465 514 548 576 523 465 514 548 574
Average aberrations
per cell 0.048 0.243 0.371 0.608 1.108 0.036 0.088 0.150 0.224 0.390
Standard
deviation 0.010 0.023 0.027 0.033 0.044 0.008 0.014 0.017 0.020 0.029
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染色体の異常は花粉核の分裂時にも生じることが認められた。本実験で得られた結果と有糸分裂に対する放射線照射効果を比較したところ、両者の感受性にはほとんど差がないことがわかった。異常のデータを基にして照射線量と染色体異常の出現頻度について線量反応に関する量的考察を行った。
コメント ：
放射線照射により生じる染色体異常はM1処理障害としての染色体異常だけでなく、M2以降にも大きな影響を及ぼしている。放射線が細胞分裂に及ぼす影響が調査されたのは1960年代であるが、それらのデータは今なお有用である。ここで紹介した2論文ともソラマメを実験材料として用いているが、得られた結果は他の植物においても適用可能なものである。なお、本資料では特に断らない限り、染色体と染色分体の異常を広義の染色体異常として取り扱っている。今後は光学顕微鏡下でみられる現象の分子生物学的な裏付けを行うことが必要である。
原論文１ Data source 1：
Chromatid and chromosome aberrations in irradiated dry seeds of Vicia faba
A.Brunori, Silvana Avanzi and F.D'Amato
Institute of Genetics, University of Pisa and National Committee for Nuclear Energy, Rome, Italy
Mutation Research 3: 305-313, 1966
原論文２ Data source 2：
Effects of X-irradiation on the meiosis of Vicia faba
Rene Ecochard
European Atomic Energy Community, Institute for the Application of Atomic Energy in Agriculture, Wageningen, the Netherlands
Mutation Research 3: 314-326, 1966
キーワード：X線、高等植物、ソラマメ、染色体異常、染色分体、有糸分裂、減数分裂、細胞周期、放射線感受性、線量反応曲線
X-ray,higher plants,Vicia faba,chromosome aberration,chromatid,mitosis,meiosis,cell cycle,radiosensitivity,dose-response curve
分類コード：020501,020101