作成： 1999/11/30 長谷川博
データ番号 ：020175
放射線と化学突然変異原の組合せ処理効果
目的 ：放射線と化学突然変異原の組合せ処理による突然変異誘発効果の促進
放射線の種別 ：エックス線
放射線源 ：60Co、X線
線量（率） ：10〜30kR(3kR/min)(原論文1); 15、30kR(原論文2); 10、20krad(原論文3) （100〜300Gy相当）
利用施設名 ：原論文に記載なし
照射条件 ：空気中
応用分野 ：植物育種
概要 ：
オオムギの種子にガンマ線照射した後にEMS処理を行うと、処理障害には相乗作用がなく、葉緑素突然変異の出現頻度に相乗作用が認められた。ガンマ線照射後のアジ化ナトリウム処理は染色体異常誘発頻度を著しく高めたが、突然変異誘発効果については相乗作用はなかった。一方、イネの種子にX線照射を行った後にDES処理を行っても処理障害、突然変異誘発効果ともに著しい相乗効果は認められなかった。
詳細説明 ：
異なる突然変異原の組合せ処理を行って、突然変異誘発効果の相乗作用や突然変異スペクトラムを拡大する試みが多くなされてきている。
原論文1はオオムギの乾燥種子に10、20および30kRのガンマ線照射の後に代表的な化学突然変異原であるアルキル化物質エチルメタンスルフォネート(EMS)を後処理(0.15%、18時間)した結果の報告である。発芽率、幼植物の草丈、根端と花粉母細胞(PMC)における染色体異常の出現頻度、花粉稔性、1穂あたりの種子数を指標としたM1処理障害の程度は、いずれもガンマ線とEMSの効果に相加作用があると仮定した場合に比べて低かった。しかしながら、M2における葉緑素突然変異の出現率に関してはガンマ線とEMS間の相乗作用が認められた。すなわちM2植物体あたりの突然変異率についてみると、ガンマ線10、20および30kR照射区でそれぞれ0.21、0.37および0.48%であり、EMS単独処理では1.34%であったのに対し、ガンマ線10、20および30kR照射後にEMS処理を行った場合の突然変異率はそれぞれ2.84、3.00および3.57%まで上昇した(表1、なお表1の下の3列については本文中に説明なし)。ガンマ線とEMSの相互作用の原因を明らかにするために、30kRのガンマ線照射後の3HラベルのEMSの吸収量を調べたところ、ガンマ線照射はEMSの吸収を阻害することが認められた。この結果は処理障害に相加効果が認められない事実と一致するが、葉緑素突然変異率の相乗効果を説明できない。ガンマ線とEMSの突然変異誘発のメカニズムを考慮した研究が必要である。
表1 Frequencies of chlorophyll mutation in M2(EMS alone, gamma radiation and gamma radiation followed by EMS treatment). （原論文1より引用。 Reproduced from Radiation Botany, Vol.15, p.223-229, 1975, Tab.2(p.226), A.S. Khalatkar and C.R.Bhatila, Synergistic effect of combined treatments of gamma radiation and ethyl methanesulfonate in barley; Copyright(1975), with permission from Elsevier Science.）
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Number Number Mutation rate
Treatments of M1 of M1 Number Number of M2 (number of mutations per 100)
plants spikes of seedlings -----------------------------
scored/segregated scored mutations scored/mutants M1 M1 M2
plants spike seedlings
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Control 90 0 610 0 10015 0 0 0 0
** 107 35 844 78 9007 161 32・71 9・36 1・34
10 kR 51 3 279 3 2811 6 5・88 1・07 0・21
10 kR +** 84 45 666 85 6111 174 53・57* 12・76* 2・84†
20 kR 82 8 535 14 7182 27 9・75* 2・61 0・37
20 kR +** 47 30 277 40 2026 61 63・82* 14・44 3・00*
30 kR 60 7 314 7 2253 11 11・66 2・23 0・48
30 kR +** 56 35 390 52 3025 108 62・50* 13・33 3・57†
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EMS alone vs M1 plants M1 spikes M2 seedlings
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10 kR +** 4・23 3・87 17・80
20 kR +** 4・71 3・16 6・32
30 kR +** 5・62 2・89 16・93
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*Values significant at 5% level.
†Values significant at 1% level.
**18h EMS(0・15%)
原論文2はイネを材料として、X線照射(15、30kR)後のジエチル硫酸(DES、アルキル化物質のひとつ)の後処理効果を調べたものである。幼植物における処理障害、成熟期までの生存率、花粉、種子稔性に関しては両者の相互作用はこの場合も認められなかった。また、葉緑素突然変異と形態形質の突然変異の出現率に関しても相乗作用は認められなかった。各処理区よりM3系統を育成し、M3における個体あたりの収量と植物体の高さを調査したところ、組合せ処理区では遺伝分散が著しく大きくなることが認められた(表2)。
表2 Mean values and estimates of induced genetic variance in M3. （原論文2より引用。 Reproduced from Radiation Botany,Vol.15, p.417-421, 1975, Tab.3(p.419), S.N.Chakrabarti, Effect of combined X-ray and diethyl sulphate treatments on mutation frequencies in Rice (Oryza sativa L.); Copyright(1975), with permission from Elsevier Science.）
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Grain yield(per plant
basis) Plant height
Treatment No. of --------------------- -------------------
(Exposure M3 lines Mean Mean
in kR) studied (g) σg2 H% (cm) σg2 H%
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0 60 10.2 − − 61.8 − −
15 208 8.7 3.47 25.53 60.2 3.52 19.4
DES 58 8.0 4.89 33.51 58.3 3.92 22.6
15+DES 46 8.4 7.10 37.50 58.8 6.08 23.9
30 40 8.4 4.62 24.53 57.5 4.46 28.2
30+DES 40 6.9 6.02 43.18 56.9 7.87 30.0
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σg2=Genetic variance;H%=Heritability percentage.
原論文3はオオムギにガンマ線照射した後にアジ化ナトリウム(10-3M、4時間)の後処理効果について、M1個体のシュート成長点組織の細胞に見られる発芽時の第1、2回目の分裂時の染色体異常とM2における葉緑素突然変異の出現率を調査したものである。アジ化ナトリウムは単独処理では染色体異常(pH3で処理したときの第1回目の分裂時で分裂細胞の2.7%)をほとんど起こさないが、ガンマ線で誘発される染色体異常を生じた細胞の出現頻度を著しく高めること、ことにガンマ線20kR照射後のアジ化ナトリウム処理は染色体異常を示す細胞の出現頻度を約2倍にまで高めた。すなわちガンマ線20kR区では32.3%であるのに対し、組合せ処理区では65.0%まで上昇した(表3)。このアジ化ナトリウムの処理効果にはpH依存性があり、酸性条件(pH3)で最も大きく、アルカリ性条件(pH11)ではほとんど認められなかった。一方、pH3においてアジ化ナトリウムは単独でも強力な突然変異原であることが認められた(pH3の処理区においてM1穂あたり17.3%)が、突然変異誘発効果に関してガンマ線との相乗作用は認められなかった。なお、アジ化ナトリウムの突然変異誘発効果もpH3で最も高くなった。
表3 Effect of sodium azide post-irradiation treatment on percentage of gamma-ray-induced chromosome aberrant cells for the first and second mitosis of the barley embryonic shoot. Azide post-treatment solutions were buffered at pH3, 7 and 11. （原論文3より引用。 Reproduced from Radiation Botany, Vol.13, p.315-322, 1973, Tab.1(p.316), E.G.Sideris, R.A.Nilan and T.P.Bogyo, Differential effect of sodium azide on the frequency of radiation-induced chromosome aberrations vs. the frequency of radiation-induced chlorophyll mutations in Hordeum Vulgare; Copyright(1973), with permission from Elsevier Science.）
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Treatment % aberrant cells
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pH krad Azide 1st division 2nd division
(Summary (1 replication)
of 3
replications)
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3 0 − 0.3 0.0
3 0 ＋ 2.7 0.0
3 10 − 32.3 20.5
3 10 ＋ 65.0 45.0
3 20 − 54.7 33.0
3 20 ＋ 85.7 68.0
7 0 − 0.7 0.0
7 0 ＋ 2.0 0.0
7 10 − 26.7 16.0
7 10 ＋ 35.7 18.0
7 20 − 54.0 28.0
7 20 ＋ 65.3 35.0
11 0 − 0.0 0.0
11 0 ＋ 0.7 0.0
11 10 − 25.0 15.0
11 10 ＋ 26.7 14.0
11 20 − 55.0 25.0
11 20 ＋ 59.7 27.0
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コメント ：
採録した論文3編の結果にみるように、突然変異原の組合せ処理に関しては異なる結果が報告されている。組み合せる変異原の種類とその処理方法、植物の種の違いにより効果が異なることが考えられる。ガンマ線とEMS、ガンマ線とアジ化ナトリウムの組合せ処理において報告されているように、処理障害と突然変異誘発効果に関して組合せ処理効果が異なることにも注意する必要がある。また、突然変異育種を進めるにあたって、突然変異率が高くなると有害突然変異の出現頻度が高くなったり、2重突然変異が生成することなど、突然変異体の選抜効果が低下を招くデメリットが生じる。突然変異原の組合せ処理を導入するには処理障害の程度だけでなく、突然変異率と突然変異スペクトラムの拡大程度なども前もって検討するなど慎重な姿勢が必要である。
原論文１ Data source 1：
Synergistic effect of combined treatments of gamma radiation and ethyl methanesulfonate in barley
A.S. Khalatkar and C.R.Bhatila
Bhabha Atomic Research Center,Bombay-400 085,India
Radiation Botany, Vol.15, p.223-229, 1975
原論文２ Data source 2：
Effect of combined X-ray and diethyl sulphate treatments on mutation frequencies in Rice (Oryza sativa L.)
S.N.Chakrabarti
Nuclear Reseach Laboratory, Indian Agricultural Reseach Institute, New Delhi-110012, India
Radiation Botany,Vol.15, p.417-421, 1975
原論文３ Data source 3：
Differential effect of sodium azide on the frequency of radiation-induced chromosome aberrations vs. the frequency of radiation-induced chlorophyll mutations in Hordeum Vulgare
E.G.Sideris*, R.A.Nilan** and T.P.Bogyo***
*Biology Division, N.R.C.Democritos, Athens Greece, **Program in Genetics and Department of Agronomy and Soils Washington State University, **Program in Genetics and Statistical Services Washington State University
Radiation Botany, Vol.13, p.315-322, 1973
キーワード： ガンマ線、化学変異原、エチルメタンスルフォネート、EMS、ジエチル硫酸、アジ化ナトリウム、組合せ処理、相乗効果、突然変異率、染色体異常、幼植物草丈、オオムギ、イネ、
gamma-ray, chemical mutagen, ethyl methanesulfonate, EMS, diethyl sulphate, sodium azide, combined treatment, synergistic effect, mutation rate, chromosome aberration, seedling height, barley, rice
分類コード：020101