アラビドプシス(Arabidopsis thaliana)に対する放射線照射効果

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作成： 2000/02/25 長谷川　博データ番号　　　：020183 アラビドプシス(Arabidopsis thaliana)に対する放射線照射効果目的　　　　　　：突然変異出現頻度の解析による照射時の種子胚の調査放射線の種別　　：エックス線放射線源　　　　：X線装置、Biological Agricultural Reactor Netherlands, Wageningen 線量（率）　　　：X線：60、233、327Gy 中性子：33、47、60Gy 利用施設名　　　：X線：MG 301 X-ray machine, 320kVp, 10mA, 0.25Cu および 1.0Alフィルター付中性子：Biological Agricultural Reactor Netherlands, Wageningen 照射条件　　　　：空気中応用分野　　　　：植物育種概要　　　　　　：　シロイヌナズナ(Arabidopsis thaliana)の種子にX線と中性子を照射して、M1植物の主枝と側枝の種子の稔実率の差異、主枝と側枝より採種した後代の突然変異出現頻度の差異、および種子の稔実率と突然変異出現頻度の差異について検討した。得られた結果から、照射時の種子の花序を形成する細胞群の特性について考察した。詳細説明　　　　：　　異なる突然変異原の突然変異誘発効果の差異、あるいは同じ突然変異原であっても処理法の差異の効果を比較するためには、頂端分裂組織の細胞集団内における突然変異原に対する感受性が均一なことが必要である。ことに放射線照射の場合、線量が大きくなると突然変異出現頻度が飽和になることが観察されるが、これは感受性細胞が放射線障害により致死となり、かわって抵抗性細胞から植物体が成長し、生殖細胞が形成されるためである。また、放射線照射で傷ついた主枝に代わって側芽が誘導されることも突然変異出現頻度に影響を及ぼす。　　これらの点を評価するために、シロイヌナズナの種子にX線と中性子を照射し、主枝の花序と側枝の花序、あるいは頂芽優性が崩れた場合の花序から得られたM2種子における突然変異出現頻度を比較検討したものが本実験である。あわせて、種子の稔実率と突然変異出現頻度の関係についても検討したものである。　　照射条件を均一にするため、まず種子休眠を打破するために種子を5日間2℃の湿ったろ紙上に置いた。これらの種子を再乾燥したのち、照射前に22℃の水中に3時間浸漬した後にX線と中性子を照射した。照射して得られたM1植物を、完全な頂芽優性を示す個体、頂芽優性が不完全な個体、頂芽優性がみられない個体に分けて採種した(図1)。主枝あるいは最初に現れる側枝の5,6番目の萌果(長角果)の種子をM2種子として採取した。M2における葉緑素突然変異の出現頻度を調査し、細胞当たりの突然変異数mを次式により求めた：図1　The three different development classes distinguishable at flowering time after irradiation of Arabidopsis seeds. （原論文1より引用。　Reproduced from Environmental and Experimental Botany 20: 309-323, 1980, Fig.2(p.311), Didwine M.W.Dellaert, Dose response curves after irradiation of Arabidopsis seeds: A possible explanation for the "saturation" in mutant frequency at higher radiation doses; Copyright(1980), with permission from Elsevier Science.）　　　m=m'／f ここで、mは総細胞のなかで突然変異を生じた細胞数、m'は致死に至らなかったM2胚の細胞のなかで突然変異を生じた細胞数、fは劣性突然変異の分離比である。得られたデータをStamの式に従って90%の信頼限界区間を設定して、突然変異頻度を表した。本実験で得られた結果は以下の通りである。　 A　ガンマ線と中性子の照射により植物体の帯化、頂芽優性が不完全になるか、または完全になくなる個体の発生など茎頂分裂組織における形態形成の変化と考えられる異常個体が見いだされた。正常個体が発育する頻度は線量の増加と共に減少した。　 B　頂芽優性が不完全な個体から得られたM2種子では、完全頂芽優性を示す個体からのM2種子より高い突然変異頻度が得られる傾向があった。頂芽優性がない植物では頂芽優性を示す個体より胚致死個体の出現率が低かった(表1)。表1　Mutant frequency in different M1-plant development classes after treatment with fast neutrons (Nf) or X-rays. I.=Plants with normal apical dominace; II=Plants with reduced apical dominace; III=Plants without apical dominace of the main inflorescence. （原論文1より引用。　Reproduced from Environmental and Experimental Botany 20: 309-323, 1980, Tab.2(p.314), with permission from Elsevier Science.） ----------------------------------------------------------------------------------------- Irradiation No.of Non-fertilized siliques ovules(%) Embryonic lethals(%) ----------------------------------------------------------------------------------------- Dose Type (Gy) Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅰ Ⅱ Ⅲ ----------------------------------------------------------------------------------------- Control 0 481 5† - 7.6±0.5 - - 1.0±0.2 - - N_f 33 254 99 29 34.2±1.9 33.6±3.2 41.7±6.1 4.4±0.6 8.8±1.7 3.8±1.3 47 163 182 39 50.6±2.7 50.9±2.7 50.9±2.7 7.4±1.1 9.9±1.3 10.0±2.9 60 142 176 54 54.8±3.1 61.3±2.5 54.2±4.4 9.9±1.5 9.2±1.5 10.0±2.6 X-rays 60 443 7† 1† 13.8±0.9 - - 2.3±0.3 - - 233 430 141 29 34.4±1.5 46.0±3.0 49.4±6.6 6.4±0.6 9.4±1.6 4.8±1.7 327 92 69 13 40.4±3.3 45.6±3.0 45.4±8.9 6.5±1.4 11.7±2.7 4.2±2.8 ----------------------------------------------------------------------------------------- -------------------------------------------------------------------- Irradiation Chlorophyll mutant freq.×10^-²/cell^* -------------------------------------------------------------------- Dose Type (Gy) Ⅰ Ⅱ Ⅲ -------------------------------------------------------------------- Control 0 0.01<0.11<0.87 - - N_f 33 1.18<2.56< 5.49 0.59<2.55< 8.23 0<14.97 47 3.08<6.23<12.27 5.16<9.04<15.44 0.35< 2.64<17.91 60 1.55<4.21<11.03 0.65<2.24< 7.50 0.08< 1.05<12.19 X-rays 60 0.06<0.28< 1.25 - - 233 0.96<1.93< 3.86 1.66<4.14<10.05 1.91< 7.81<27.78 327 1.78<4.74<12.10 1.57<5.23<16.33 5.10<18.91<53.33 -------------------------------------------------------------------- ^*For segregation frequency recessive mutants f=0.20;90% confidence interval,z=1.645. †Items with number of siliques<10 have been omitted. C　主枝と側枝について稔実率およびそれぞれから得られたM2種子における突然変異頻度に関して有意な差は認められなかった。　 D　萌果半分あたりの種子数で表した稔実率を3段階(0-10、11-20、20以上)に分けて、稔実率と葉緑素突然変異頻度の関係を調べたところ、低あるいは高線量照射区では稔実率と突然変異頻度には関係が認められないが、中程度の線量照射区においては稔実率の上昇と共に突然変異頻度が低下することが認められた(表2)。表2　Mutant frequency in different M1-fertility classes after treatment with fast neutrons (Nf) or X-rays.^*Fertility classes are: 0 to 10 embryos per 1/2 silique (0-10); 11 to 20 embryos per 1/2 silique (11-20); more than 20 embryos per 1/2 silique (> 20). （原論文1より引用。　Reproduced from Environmental and Experimental Botany 20: 309-323, 1980, Tab.4a(p.316), with permission from Elsevier Science.） --------------------------------------------------------------------------------- No.of fertilized ovules Irradiation No.of siliques per 1/2 silique Embryonic lethals(%) --------------------------------------------------------------------------------- Dose Type (Gy) 0-10 11-20 >20 0-10 11-20 >20 0-10 11-20 >20 --------------------------------------------------------------------------------- Control 0 41 54 877 4.2 16.8 28.9 16.8±4.1 6.5±2.1 1.0±0.1 N_f 33 310 241 337 5.0 15.2 26.4 9.9±1.1 8.2±0.9 4.3±0.5 47 518 221 149 3.9 15.0 24.8 12.3±1.1 8.9±1.0 6.5±0.9 60 555 165 94 3.4 14.9 24.7 16.9±1.3 11.5±1.4 5.2±1.0 X-rays 60 89 132 693 5.0 15.7 27.8 9.6±1.9 4.7±1.1 2.3±0.2 233 525 371 454 4.3 15.1 26.4 14.0±1.1 7.5±1.4 6.2±0.6 327 214 198 86 3.9 15.4 24.9 13.1±1.7 11.6±1.6 7.2±1.4 --------------------------------------------------------------------------------- ---------------------------------------------------------------------------- Irradiation Chlorophyll mutant freq.×10^-²/cell^† ---------------------------------------------------------------------------- Dose Type (Gy) 0-10 11-20 　>20 ---------------------------------------------------------------------------- Control 0 0 0 0.03＜ 0.14＜ 0.60 N_f 33 1.68＜ 3.58＜ 7.54 2.00＜ 3.73＜ 6.86 1.77＜ 3.06＜ 5.52 47 5.82＜ 8.87＜13.37 4.83＜ 7.61＜11.84 0.66≦ 1.21＜ 2.21 60 3.32＜ 5.75＜ 9.85 0.52＜ 1.61＜ 4.87 0.93＜ 2.72＜ 7.73 X-rays 60 0.94＜ 3.71＜13.88 0.02＜ 0.25＜ 3.11 0.38＜ 0.80＜ 1.66 233 4.82＜ 7.51＜11.57 1.50＜ 2.71＜ 4.85 1.14＜ 2.04＜ 3.63 327 6.10＜10.99＜19.30 2.96＜ 6.12＜12.33 3.14＜ 6.55＜13.23 ---------------------------------------------------------------------------- ^*All data obtained per treatment are combined,i.e.data obtained from the main and lateral inflorescences of plants with normal apical dominance and reduced apical dominance and the data obtained from plants without apical dominance (including fasciation). †For segregation frequency recessive mutants f=0.20;90% confidence interval,z=1.645. 　以上の結果はシロイヌナズナの種子において花序を形成する細胞群が放射線感受性に関してほぼ同程度であるが異なっている細胞から構成されていることを示唆している。コメント　　　　：　シロイヌナズナは実験植物として植物分子生物学の分野で広く用いられている。シロイヌナズナには多くの突然変異体が知られているが、そのほとんどはEMSにより誘発されたものであるが、同植物の突然変異誘発には放射線も有効である。本実験の結果はシロイヌナズナで放射線照射による突然変異を誘発する場合の照射線量の目安となろう。なお、原論文のデータは良く知られた結果であるが、突然変異率の評価に関して信頼区間をを示している点が新しい試みである。原論文１ Data source 1： Dose response curves after irradiation of Arabidopsis seeds: A possible explanation for the "saturation" in mutant frequency at higher radiation doses Didwine M.W.Dellaert Institute for Atomic Sciences in Agriculture, P.O.Box 48, Wageningen, The Netherlands Environmental and Experimental Botany 20: 309-323, 1980 キーワード：X線、中性子、突然変異、線量反応、飽和効果、シロイヌナズナ、種子稔性、頂芽優性、始原細胞 X-ray, neutron, mutation, dose response, saturation effect, Arabidopsis thaliana, seed fertility, apical dominace, inicial cell 分類コード：020501, 020101
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