作成： 2000/02/21 長谷川 博
データ番号 ：020185
低線量のガンマ線照射を受けたムラサキツユクサ雄蘂毛における体細胞突然変異率
目的 ：ムラサキツユクサを用いたガンマ線低線量域における突然変異誘発効果の調査
放射線の種別 ：ガンマ線
放射線源 ：60Co線源、放射能汚染土壌
利用施設名 ：農業生物資源研究所放射線育種場(原論文1)
照射条件 ：ガンマフィールドによる生体照射
応用分野 ：植物放射線生物学研究、環境科学研究、植物育種
概要 ：
ムラサキツユクサをガンマーフィールド内で栽培し、雄蘂毛の色に関する遺伝子の突然変異率を調べたところ、1R以上から突然変異率は線量の増加に伴って高くなることが認めれた。また、ビキニ環礁の放射能汚染土壌で栽培されたムラサキツユクサは非汚染土壌で栽培されたムラサキツユクサに比べて雄蘂毛における突然変異率が有意に高いことが明らかになった。
詳細説明 ：
ムラサキツユクサ(Tradescantia)の花の雄蘂には細胞が一列に並んだ毛(雄蘂毛)がある。雄蘂毛の色は花色と同一の単一核遺伝子に支配されており、青色が優性で、ピンクが劣性形質である。雄蘂毛の形成は規則正しい分裂の結果生じたものであり、雄蘂毛に突然変異が生じた時は色素変異を直接に観察して突然変異が生じた数と種類を評価できる(図1、参考文献1より引用)。
図1 Schematic illustration of the development (increase of cell number) of Tradescantia stamen hairs and of the appearance of somatic color mutations occurred. The cell number increases usually by division of the terminal and subterminal cells (see also text). Dark cells represent mutant cells,（原論文3より引用）
このシステムを用いれば細胞単位で突然変異率を評価することが可能であり、従ってムラサキツユクサは突然変異研究のモデル植物として用いられている。ことに、低線量照射の効果を観察するのに有効である。
原論文1では雄蘂毛の色の遺伝子についてヘテロである2系統の3倍体クローンを放射線育種場のガンマフィールド内で照射して、42.3R（0.423Gy相当）以下という低線量域におけるガンマ線の突然変異誘発効果を明らかにしたものである。照射はガンマフィールドの線源から40m以上離れた地点で植物体を10〜16日間栽培することにより行った。
2.0R以下の照射区については散乱線により照射線量の設定が可能な場所を確保した。照射終了後、青からピンクへの雄蘂毛の突然変異数を調べた。各照射区につき4,500以上の雄蘂毛を調べた。クローンKU7についてみると、対照区で1,000雄蘂毛当たり9.11(±1.31)の突然変異が観察された。照射区では対照区よりも突然変異頻度が高く、しかも線量の増加とともに突然変異頻度が高くなった。20R区では突然変異頻度は2倍以上となった。
同様の結果がクローンKU9を用いた実験からも得られた。対照区(放射線育種場の対照区圃場で栽培)におけるガンマ線の強さは線量率0.05mR/hrであることから、対照区の突然変異率は自然突然変異によるものとみてよい。従って、低線量区における突然変異出現数の増加はガンマ線照射の効果であると考えられる。図2は照射線量と突然変異出現の関係を表したものである。
図2 The numbers of pink mutant events per 103 stamen hairs of KU7 clone (minus each control) plotted against exposure. Vertical lines attached to the points plotted indicate standard errors. The best-fit line drawn was obtained by calculating weighted average slope but ignoring the points for scattering radiation exposures.（原論文1より引用）
原論文1で示されたように、ムラサキツユクサの雄蘂毛の細胞は低線量条件での突然変異の検出に有効であり、放射性物質による環境汚染のモニターとして利用できる可能性がある。原論文2では、ムラサキツユクサを核実験に利用されたビキニ環礁の土で栽培した際に生じる雄蘂毛の青色からピンクへの突然変異の出現頻度を、汚染されていない埼玉大学の土壌で栽培された場合と比較したものである。
実験材料として2倍体の系統BLN02の花色と雄蘂毛の色の遺伝子に関するヘテロ個体を供試した。予備調査では1,600〜5,700の雄蘂毛を、本調査では10,000本以上の雄蘂毛を調べた。その結果、埼玉大学の土壌を用いて栽培された植物体の突然変異頻度は雄蘂毛1,000個当たり平均1.7程度であるのに対して、ビキニの2つのサンプルの土壌のひとつを用いて栽培した植物体からは有意に高い突然変異出現頻度(1,000本当たり2.58)が得られた(表2)。
表1 Somatic pink mutation frequencies in the stamen hairs of the five plants of Tradescantia BNL02 clone grown in soil samples from the Bikini Islands (B1, B2) or in the field soil of Saitama University (U1-U3).
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Grown Scoring No.of No.of No.of pink Average No.of pink mutant
in period hairs pink mutant events no.of events/104cell
observed mutant /103hairs cells divisions
events (±SE) /hair (±SE)
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B1 Sep 3-8 1,632 3 1.84±1.06 22.54 0.85±0.49
Sep 3-22 10,492 27 2.57±0.49* 19.80 1.37±0.26*
Sep 23-Oct 6 12,802 31 2.42±0.43 19.82 1.29±0.23
Oct 7-20 15,919 41 2.58±0.40 20.74 1.30±0.20
Oct 21-Nov 3 23,023 54 2.35±0.32 20.57 1.20±0.16
Nov 4-17 23,820 69 2.90±0.35* 20.18 1.51±0.18*
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Total 87,688 225 2.57±0.17*** 20.33 1.33±0.09***
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Sep 9-Oct 6 23,294 58 2.49±0.33** 19.81 1.32±0.17***
Oct 7-Nov 17 62,762 164 2.61±0.20*** 20.47 1.34±0.10***
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Sep 9-Nov 17 86,056 222 2.58±0.17*** 20.29 1.34±0.09***
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B2 Sep 3-8 1,733 4 2.28±1.14 22.87 1.04±0.52
Sep 9-22 13,877 30 2.16±0.39 19.98 1.14±0.21
Sep 23-Oct 6 12,730 21 1.65±0.36 19.49 0.89±0.19
Oct 7-20 13,908 24 1.73±0.35 20.08 0.90±0.18
Oct 21-Nov 3 20,082 45 2.24±0.33 20.15 1.17±0.17
Nov 4-17 18,812 39 2.07±0.33 19.86 1.10±0.18
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Total 81,162 163 2.01±0.16 20.00 1.06±0.08
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Sep 9-Oct 6 26,607 51 1.92±0.27 19.75 1.02±0.14
Oct 7-Nov 17 52,802 108 2.05±0.20 20.03 1.07±0.10
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Sep 9-Nov 17 79,409 159 2.00±0.16 19.93 1.06±0.08
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U1-U3 Sep 3-8 5,729 13 2.27±0.63 22.19 1.07±0.30
Sep 9-22 23,934 37 1.55±0.25 20.45 0.79±0.13
Sep 23-Oct 6 21,543 36 1.67±0.28 20.17 0.87±0.15
U1,U2 Oct 7-20 14,455 28 1.94±0.37 20.81 0.98±0.18
Oct 21-Nov 3 14,339 24 1.67±0.34 20.03 0.88±0.18
Nov 4-17 15,164 27 1.78±0.34 19.74 0.95±0.18
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Total 95,164 165 1.73±0.13 20.37 0.90±0.07
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Sep 9-Oct 6 45,477 73 1.61±0.19 20.32 0.83±0.10
Oct 7-Nov 17 43,958 79 1.80±0.20 20.18 0.94±0.11
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Sep 9-Nov 17 89,435 152 1.70±0.14 20.25 0.88±0.07
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U3 Oct 7-20 5,687 10 1.76±0.56 20.56 0.90±0.28
Oct 21-Nov 3 5,163 13 2.52±0.70 20.29 1.31±0.36
Nov 4-17 8,667 19 2.19±0.50 20.21 1.14±0.26
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Oct 7-Nov 17 19,517 42 2.15±0.33 20.34 1.11±0.17
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* Significant at 5% level. ** Significant at 2% level. *** Significant at 1% level.
また、埼玉大学の土壌を用いて栽培している植物体をビキニ土壌での栽培区の側に移して栽培を継続したところ、移動した植物体では突然変異の出現頻度が有意ではないが高くなる傾向が認められた。ビキニの土壌とそれを用いて栽培した植物体から137Csと60Coが検出され、このため突然変異の出現頻度が高くなったと考えられる。
コメント ：
ムラサキツユクサの雄蘂毛にみられる突然変異を指標として放射線モニターを行う場合には、色に関してヘテロの個体を用いること、1実験区で最低5,000本以上の雄蘂毛を調査する必要がある。サンプル数が小さければ実験誤差が大きくなり、誤った結論に達する危険性があるので注意が必要である。
原論文１ Data source 1：
Somatic mutation frequency in the stamen hairs of Tradescantia KU7 and KU9 clones exposed to low-level gamma-rays
Sadao Ichikawa*, Catarina S. Takahashi** and Chizu Nagashima-Ishii*
*Laboratory of Genetics, Department of Regulation Biology, Faculty of Science, Saitama University, Urawa 338
**Faculdade de Filosofia, Ciencias e Letras, unversidale de Sao Paulo, 14100 Ribeirao Preto, Sao Paulo, Brazil
Japanese Journal of Genetics 56: 409-423, 1981
原論文２ Data source 2：
Somatic mutation frequencies in the stamen hairs of Tradescantia grown in soil samples from the Bikini Island
Sadao Ichikawa and Chizu Ishii
Laboratory of Genetics, Department of Regulation Biology, Faculty of Science, Saitama University, Urawa 338
Japanese Journal of Genetics 66: 27-40, 1991
原論文３ Data source 3：
Polyploidy and radiosensitivity in higher plants
Sadao Ichikawa
Laboratory of Genetics, Faculty of Agriculture, Kyoto University
Gamma Field Symposia 9: 1-17, 1970
キーワード：ガンマ線、低線量照射、環境放射線、突然変異、体細胞突然変異、ムラサキツユクサ、雄蘂毛、ヘテロ個体、放射能汚染
gamma-ray, low-level irradiation, environmental radiation, mutation, somatic mutation, Tradescantia, stamen hair, heterozygote, radioactive contamination
分類コード：020501、020303