高等植物におけるトリチウムの遺伝的効果

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作成： 1999/12/27 長谷川　博データ番号　　　：020184 高等植物におけるトリチウムの遺伝的効果目的　　　　　　：高等植物におけるトリチウムの遺伝的効果の解明放射線の種別　　：ベータ線放射線源　　　　：トリチウム(³H)100μCi/ml、20μCi/穂照射条件　　　　：³Hでラベルされた核酸前駆物質および水を細胞内に吸収させたことによる内部照射応用分野　　　　：放射線遺伝学研究、環境中の放射線影響評価概要　　　　　　：　植物体に取り込まれたトリチウム(³H)ラベルの核酸前駆物質の遺伝的影響を明らかにした。原論文1ではトマトの減数分裂前の花芽に³HラベルのDNA、RNA前駆物質と水を処理して³HラベルのRNA前駆物質が減数分裂における組換えの頻度を高めることを、原論文2ではオオムギにおいて受精前後に処理された³HラベルのDNA前駆物質が生存率や稔実率を低下させ、突然変異誘発効果を示すことを明らかにした。詳細説明　　　　：　　トリチウム(³H)ラベルの生体物質をトレーサーとした実験は生化学、生理学研究ですでに確立した方法となっているが、ここではトリチウムが遺伝的影響を示すことを示す実験例を紹介する。　　原論文1はトマトの減数分裂に及ぼす³Hラベルのオロチン酸(RNAの前駆物質)、チミジン(DNAの前駆物質)および水の効果を報告している。³H-オロチン酸はRNAに、³H-チミジンはDNAに取り込まれたが、³H-水処理では³HはRNAにもDNAにもほとんど取り込まれなかった。実験材料のトマト系統は第11染色体に座乗する2つの遺伝子a(アントシアニン欠)とhl(無毛)さらに雄性不稔遺伝子について野生型遺伝子とのへテロ系統(ms a hl/+ + +)である。aとhlの表現型は幼植物の段階で容易に見分けることができる。　　³Hでラベルした物質を減数分裂前のつぼみに処理し、得られた花粉を雄性不稔で両遺伝子とも劣性ホモである検定系統(ms a hl/ms a hl)と交配した。実験に用いた花芽は1本仕立ての植物体の下位より5番目のクラスターまでとした。交配して得られた果実から採種した後代を用いて2遺伝子間の組換え価を求めた。その結果、³H-オロチン酸処理を行った場合には組換え価が対照区(10.41%)より明らかに高くなった(表1)。表1　Effects of the various treatments on recombination value. （原論文1より引用。　Reproduced from Radiation Botany 14: 139-145,1974, Tab.3(p.143), C.B.Singh, R.D.Brock and R.N.Oram, Increased meiotic recombination by incorporated tritium; Copyright(1974), with permission from Elsevier Science.） ----------------------------------------------------------------------------------------- Mean recombination value Significance table Treatments -------------------------- ------------------------------------------- Calculated‘t’value using treatment×bud Back- Transformed interaction as error transformed (degrees) ------------------------------------------- % 2 3 4 5 ----------------------------------------------------------------------------------------- 1.Control 10・41 18・824 6・174⁺ 0・573 2・767^* 1・090 2.Orotic acid-³H 15・65 23・300 3・183† 2・015 3・630† 3.Thymidine-³H 11・10 19・458 1・386 0・230 4.Orotic acid-³H 1・379 +thymidine-³H 13・16 21・269 5.Water-³H 11・42 19・754 ----------------------------------------------------------------------------------------- ^*P<0・05 † P<0・01 ⁺P<0・001 　一方、³H-チミジンと³H-水処理を行った場合の組換え価は対照区よりもわずかに高くなるだけであった。³H-オロチン酸と³H-チミジン処理を行った場合の組換え価は、それぞれ単独で処理した場合の中間であった。³H-オロチン酸が組換え価を高めることは同物質がmRNAやrRNAに取り込まれず、核小体やシナプトネマ複合体のRNAにより多く取り込まれ、そこで局部的なβ線源が形成されるものと推定される。なお、表1は³H処理に関して処理する芽のクラスターの位置が関係することも示唆している。　　原論文2はオオムギを実験材料として³H-チミジンを受精後(実験Ⅰ)と花粉形成から受精前のステージ(実験Ⅱ)に処理し、処理障害と翌代以降に現れる遺伝的変異を調べたものである。³Hの処理はオオムギの第1節間に注射することにより行い、1穂あたり20μCiを注入した。この方法により取り込み量はそれほど大きくなかったが、処理当代の種子のDNA中に確実に³Hが取り込まれることがわかった。両実験ともにチミジンを注射した植物体には形態的な異常は認められなかった。　　処理後第1世代において種子発芽率と成熟期までの生存率が若干低下した(それぞれ約85%と約80%)。生存率については実験Ⅰの方が実験Ⅱよりも低下程度が大きかった。葉緑素異常の個体の出現率に関して実験Ⅰでは31.4%であり実験Ⅱ(2.5%)よりも明らかに高く、しかも生存率の低下程度に比べても著しく高かった(表2)。表2　Germination of the seeds, survival and chlorophyll abnormality in M1 generation following treatment with ³H thymidine（原論文2より引用） ----------------------------------------------------------------------------------------- No.of No.of % of. No.of % of No. of % of seeds germinated germinated survived survived chlorophyll- chlorophyll- abnormal plants abnormal plants^* ----------------------------------------------------------------------------------------- Expt.Ⅰ 150 128 85.3 118 78.7 37 31.4 Expt.Ⅱ 200 169 84.5 162 81.0 4 2.5 Control 150 149 99.3 149 99.3 0 0.0 ----------------------------------------------------------------------------------------- ^* % of chlorophyll abnormal plants in survived plants 　処理後2世代における不稔種子の出現率に関しても実験Ⅰ(25.7%)の方が実験Ⅱ(17.0%)よりも高くなった。また、第2世代において葉緑素突然変異のほかwaxless突然変異体も出現していることが認められた(表3)。表3　Seed germination, survival and mutations in M2 generation（原論文2より引用） ---------------------------------------------------------------------------------- No.of % of % of Albinos Partial chloro. Partial sterile seeds germinated survived deficient plants plants ---------------------------------------------------------------------------------- Expt.Ⅰ 200 98.0 92.5 3 1 1 Expt.Ⅱ 200 98.5 98.5 0 1 1 Control 150 100.0 100.0 0 0 0 ---------------------------------------------------------------------------------- Waxless Total no.of % of mutants^* mutants mutants ------------------------------------------ Expt.Ⅰ 0 5 2.6 Expt.Ⅱ 2 4 2.0 Control 0 0 0.0 ------------------------------------------ ^*Waxless character was observed on ear 　以上の結果からDNAに取り込まれた³Hが突然変異誘発効果を示すことが明らかになった。実験Ⅱにおいて発芽率の低下程度に比べて葉緑素異常個体の出現頻度が高いことは、β線による内部照射が染色体切断などの大きい障害ではなく小さい障害を多く誘発していることを示唆している。コメント　　　　：　核酸代謝研究に³Hラベルの前駆物質を用いることは確立した実験手法であるが、取り込まれた³HがDNAに作用して遺伝的影響を持つことが明らかになった。トレーサー実験を行うにあたって留意すべきことである。本内容は研究面だけでなく、環境中のラジオアイソトープの遺伝的影響についても関連している。この³H内部照射法はM2における変異率が低いことに加え、アイソトープ管理上の問題もあり実用的な照射技術ではない。原論文１ Data source 1： Increased meiotic recombination by incorporated tritium C.B.Singh, R.D.Brock and R.N.Oram CSIRO, Division of Plant Industry, Canberra, A.C.T., Australia Radiation Botany 14: 139-145 原論文２ Data source 2： Effects of the internal irradiation with β-rays from tritium on barley Shigemitsu Tano Laboratory of Radiation Genetics, Faculty of Agriculture, The University of Tokyo Japanese Journal of Breeding 25: 96-100 キーワード：ベータ線、内部照射、トリチウム、トマト、オオムギ、オロチン酸、チミジン、DNA、RNA、組換え、突然変異 β-ray, internal irradiation, tritium, tomato, barley, orotic acid, thymidine, DNA, RNA, recombination, mutation 分類コード：020501, 020303
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