JAEA-Review-2010-065.pdf:15.99MB - 日本原子力研究開発機構

Assessment of Irradiation Treatments on a
Salt-tolerant Arabidopsis, Zu-0 and Thellungiella
T. Taji a) , A. Horiguchi a) , A. Ikeda a) , C. Nakajima a) , Y. Sakata a) ,
R. Yoshihara b) , S. Nozawa b) , Y. Hase b) and I. Narumi b)
a) Department of Bioscience, Tokyo University of Agriculture,
b) Radiation-Applied Biology Division, QuBS, JAEA
Heavy-ion beam mutagenesis is generally accepted as an effective method for mutation breeding. Accelerated particles
of heavy-ion beams are thought to produce closely positioned DNA damage and double strand breaks (DSBs) upon piercing
DNA strands. In plants, the DNA mutations caused by heavy-ion beams have been investigated in the model plant
Arabidopsis 1) . However, it is known that the mutation frequency is different among plant species. Here, we assess the
effect of carbon ion beams on plant development and sterility in salt-tolerant Arabidopsis accession, Zu-0 and Thellungiella
to generate the mutagenized seeds for genetic screenings. In performing mutagenesis experiments, Arabidopsis Zu-0 and
Thellungiella seeds were irradiated with carbon ion beams in the range of doses from 25 to 250 Gy. The secondary leaf
developments or the sterility of Zu-0 and Thellungiella were inhibited more than 100 Gy and 50 Gy, respectively. Thus, we
determined the irradiation treatments of Zu-0 and Thellungiella at doses of 50 Gy and 25 Gy, respectively, which are half
doses giving inhibition on plant development and sterility.
自然界には塩に対して極めて高い耐性を示す植物が
存在する。特に海水程度の高塩濃度でも生育可能な植
物を塩生植物といい、マングローブなどが知られてい
る。このような実際に高い耐性を示す植物の耐性メカ
ニズムが、モデル植物より明らかとなってきた耐性メ
カニズムを用いて得られているのか、あるいは独自の
メカニズムによって得られているのか非常に興味深い。
これまでにも塩生植物を用いた研究はなされているも
のの、その形態や生活環から、分子レベル、ゲノムレ
ベル、あるいは遺伝学を利用した研究は非常に困難で
あった。ところが最近、Arabidopsis に近縁の塩生植物、
Thellungiella halophila が発見された。
Thellungiella は Arabidopsis と同様に、植物体が小さ
い、生活環が 3 ヶ月と短い、種子多産と遺伝学に向く
形質を示す。また、多くの塩生植物で見られる塩腺の
ような形態的な特性が無いにもかかわらず、海水程度
の塩濃度下でも生育可能な程の著しい耐塩性を示すほ
か、極めて高い凍結・オゾン・高温ストレス耐性を示
すことが明らかとなってきた。
一方、モデル植物である Arabidopsis のエコタイプ
(accessions)は世界中で 1,000 種近く発見されている。
これらのエコタイプ間には数百塩基に 1 塩基の違いし
かないにもかかわらず、近年の研究によりストレス耐
性にも大きな違いがあることが明らかとなってきた。
理研 BRC では、350 種の Arabidopsis のエコタイプが収
Secondary leaf development rate
%
100.0
80.0
60.0
40.0
20.0
3-16
0 Gy 50 Gy 100 Gy 200 Gy
Sterility rate
%
100.0
0.0
0.0
0 25 50 75 100 125 150 175 200 Gy 0 25 50 75 100 125 150 175 200 Gy
Fig. Fig. 1 1 Assessment Assessment of of irradiation irradiation treatments treatments on on Arabidopsis Arabidopsis Zu-0 Zu-0.
80.0
60.0
40.0
20.0
JAEA-Review 2010-065
- 72 -
集されている。申請者はこの 350 種のエコタイプにつ
いて耐塩性評価を行った結果、極めて高い耐塩性を示
すエコタイプを発見した。
本研究では、このような自然界で高い耐性を示す植
物の耐性メカニズムを遺伝学的に明らかにするため、
これらの植物に様々な線量のイオンビームを照射し、
変異誘導に最適な線量を本葉の展開率と稔性を指標に
検討した。
その結果、Arabidopsis Zu-0 においては、100 Gy で、
Thellungiella においては 50 Gy で本葉の展開率が低下し
始めることが明らかとなった。また、Arabidopsis Zu-0
においては本葉の展開と同様、100 Gy で稔性の低下も
認められた(Fig. 1, 2)。これまでの知見から、遺伝学的
に用いるイオンビームの吸収線量は本葉の展開や稔性
の低下が認められる線量の半分程度が最適とされてい
る。そこで、Arabidopsis Zu-0 および Thellungiella 種子
に変異を誘導させるイオンビーム吸収線量をそれぞれ
50 Gy, 25 Gy に決定した。
Secondary leaf development
rate
0 Gy 50 Gy 100 Gy 200 Gy
%
100.0
80.0
60.0
40.0
20.0
0.0
0 50 75 100 125 150 175 200 225 250
Fig. Fig. 2 Assessment of irradiation of irradiation treatments treatments on on
Thellungiella Thellungiella.
Reference
1) N. Shikazono et al., J. Exp. Bot. 56 (2005) 587.
Gy