Initial yields of DNA double-strand breaks and DNA fragmentation patterns depend on linear energy transfer in tobacco BY-2 protoplasts irradiated with helium, carbon and neon ions

ヘリウム,カーボン及びネオンイオン照射したタバコBY-2プロトプラストにおけるDNA2本鎖切断の初期収量及びDNA断片化パターンは線エネルギー付与に依存する

横田 裕一郎; 山田 真也*; 長谷 純宏; 鹿園 直哉; 鳴海 一成; 田中 淳; 井上 雅好*

Yokota, Yuichiro; Yamada, Shinya*; Hase, Yoshihiro; Shikazono, Naoya; Narumi, Issei; Tanaka, Atsushi; Inoue, Masayoshi*

イオンビームが植物細胞を致死あるいは変異させる能力は線エネルギー付与(LET)に依存するが、その損傷メカニズムはよくわかっていない。本研究では、高LETイオン照射したタバコプロトプラストにおいてDNA2本鎖切断(DSB)をDNA断片サイズ分析法で定量した。植物単細胞のモデルとしてタバコBY-2プロトプラストにLETの異なるヘリウム,カーボン及びネオンイオンと線を照射した。照射後、パルスフィールドゲル電気泳動法でDNA断片を分離した。DNA断片化についての情報はゲルをSYBR Green Iで染色することにより得た。DSB初期収量(Gbp Gy)はLETに依存し、生物学的効果比は124及び241keV/mのカーボンイオンで最大となった。高LETのカーボン及びネオンイオンは線と比べて短いDNA断片を効率的に誘発した。以上の結果は植物において高LETイオンが引き起こす大きな生物効果を部分的に説明するものである。

The ability of ion beams to kill or mutate plant cells is known to depend on the linear energy transfer (LET) of the ions, although the mechanism is poorly understood. In this study, tobacco BY-2 protoplasts as a model of single plant cells were irradiated with helium, carbon and neon ions having different LETs. Following irradiation, DNA fragments were separated into sizes by pulsed-field gel electrophoresis. Information on DNA fragmentation was obtained by staining the gels with SYBR Green I. Initial DSB yields (Gbp Gy) were found to depend on LET, and the highest relative biological effectiveness (about 1.6) was obtained at 124 and 241 keV/m carbon ions. High-LET carbon and neon ions yielded short DNA fragments more efficiently than rays. These results partially explain the large biological effects caused by high-LET ions in plants.