Mutagenic effects of carbon ions near the range end in plants

植物における飛程末端に近い炭素イオンの変異効果

長谷 純宏; 吉原 亮平; 野澤 樹; 鳴海 一成

Hase, Yoshihiro; Yoshihara, Ryohei; Nozawa, Shigeki; Narumi, Issei

植物におけるイオンビームの変異誘発効果に関する知見を深めるため、飛程末端に近い炭素イオン(平均LET 425keV/m)と種子を透過する炭素イオン(平均LET 113keV/m)の変異効果を比較した。照射した植物体からの大腸菌由来遺伝子のプラスミドレスキュー法では、113keV/m炭素イオンでは変異頻度が2.7倍上昇したのに対して、425keV/m炭素イオンでは変異頻度が上昇しなかったことから、飛程末端に近い炭素イオンで誘発される突然変異は、プラスミドレスキューでは検出できないことが示唆された。非相同末端結合修復能を欠損するシロイヌナズナのDNA ligase IV遺伝子の変異体は、両者の炭素イオンに対して野生型よりも高い感受性を示したが、野生型と変異体の感受性の差は425keV/m炭素イオンでは113keV/m炭素イオンに比べて極めて小さいことから、飛程末端に近い炭素イオンは修復困難なDNA損傷を誘発することが示唆された。シロイヌナズナの遺伝子を利用した変異解析では、無毛変異の形成頻度は両者の炭素イオンで差がなかったが、大規模な欠失変異(30kb)の頻度は425keV/m炭素イオンが6倍高かったことから、LETが高まるに従って大規模な欠失変異の割合が高まることが示唆された。

To gain insight into the mutagenic effects of accelerated heavy ions in plants, the mutagenic effects of carbon ions near the range end (mean LET: 425 keV/m) were compared with the effects of carbon ions penetrating the seeds (mean LET: 113 keV/m). Mutational analysis by plasmid rescue of from irradiated Arabidopsis plants showed a 2.7-fold increase in mutant frequency for 113 keV/m carbon ions, whereas no enhancement of mutant frequency was observed for carbon ions near the range end. This suggested that carbon ions near the range end induced mutations that were not recovered by plasmid rescue. An Arabidopsis DNA ligase IV mutant, deficient in non-homologous end-joining repair, showed hyper-sensitivity to both types of carbon-ion irradiation. The difference in radiation sensitivity between the wild type and the repair-deficient mutant was greatly diminished for carbon ions near the range end, suggesting that these ions induce irreparable DNA damage. Mutational analysis of the Arabidopsis locus showed that while the frequency of generation of glabrous mutant sectors was not different between the two types of carbon-ion irradiation, large deletions (30 kb) were six times more frequently induced by carbon ions near the range end. This suggests that the proportion of large deletions increases with LET in plants.