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論文

Mutational effects of different LET radiations in ${it rpsL}$ transgenic ${it Arabidopsis}$

吉原 亮平; 長谷 純宏; 佐藤 良平*; 滝本 晃一*; 鳴海 一成

International Journal of Radiation Biology, 86(2), p.125 - 131, 2010/02

 被引用回数:15 パーセンタイル:23.46(Biology)

LETの異なる放射線により高等植物内で誘発される突然変異の特徴を解析するために、シロイヌナズナ内における炭素イオンビーム及び$$gamma$$線による変異誘発効果を調査した。変異検出は、${it rpsL}$遺伝子導入シロイヌナズナを用いた突然変異検出システムを用い、遺伝子内変異の解析を行うこととした。われわれは、208-MeV炭素イオンビームと$$gamma$$線を${it rpsL}$遺伝子導入シロイヌナズナに照射し、変異頻度及び変異スペクトルの解析を行った。その結果、208-MeV炭素イオンビームと$$gamma$$線は、シロイヌナズナ種子内で異なる変異誘発効果を示すことが示唆された。

論文

Silencing of CPD photolyase makes ${it Arabidopsis}$ hypersensitive and hypermutable in response to UV-B radiation

吉原 亮平; 中根 千陽子*; 佐藤 良平*; 安田 愛*; 滝本 晃一*

Genes and Environment, 30(2), p.53 - 61, 2008/05

われわれは、植物の紫外線耐性におけるCPD光回復の役割を調べるために、${it Arabidopsis thaliana}$のCPD photolyaseをRNAiによりサイレンシングした植物体を作成した。サイレシング体はUV-Bに対して高感受性を示し、UV-B誘発変異頻度は野生型に比べて高かった。これらの結果から、CPDの光回復は、${it Arabidopsis}$における紫外線耐性及び紫外線誘発変異の抑制に重要な働きをしていることが示された。

口頭

${it rpsL}$遺伝子を用いた植物における突然変異解析

吉原 亮平; 安田 愛*; 佐藤 良平*; 長谷 純宏; 鳴海 一成; 滝本 晃一*

no journal, , 

生物はさまざまな変異原に曝されている。これまでに大腸菌やマウスなどで種々の変異原による誘発突然変異の解析が行われてきたが、植物における変異解析はほとんど行われていなかった。そこで植物における変異誘発機構及びDNA修復系の変異抑制に対する寄与を明らかにするために、モデル植物であるシロイヌナズナにrpsL遺伝子を導入した植物変異検出システムを開発した。このシステムが実際に機能するかどうかを調べるために、DNAアルキル化剤のethylmethansulfonate(EMS)を用いた変異解析を行った。また、植物のDNAに対する紫外線影響を評価するために紫外線誘発突然変異解析を行った。さらに紫外線DNA傷害の一つであるcyclobutane pyrimidine dimer(CPD)を効率的に修復するCPD光回復遺伝子をRNAiによりノックダウンした個体も作成し、CPD光回復遺伝子の紫外線誘発変異に対する抑制効果も調べた。今後の展開としてイオンビーム誘発突然変異解析についても紹介する。今回は種々のイオンビームに対するシロイヌナズナ種子の感受性のデータ及び今後の展望について報告する。

口頭

植物の紫外線防御における光回復の意義と紫外線誘発突然変異

佐藤 良平*; 安田 愛*; 吉原 亮平; 滝本 晃一*

no journal, , 

紫外線(UV)はDNA上にピリミジン2量体を生成し、致死や変異誘発の原因となり、生育を抑制する。植物には光回復と暗回復が修復系として知られ、前者は可視光線を利用するもので、太陽光下で成育している植物にとっては有効な修復系と考えられる。われわれは高等植物において、シクロブタン型ピリミジン2量体(CPD)光回復が高等植物の紫外線防御と変異誘発に与える効果を調べた。シロイヌナズナにホウレンソウCPD光回復遺伝子を導入してコピー数を増やしたホモ系統のUVB(主波長306nm)感受性を調べたところ、野性型に比べて生育抑制の軽減がみられた。一方、CPD光回復遺伝子をRNAiによりサイレンシングしたシロイヌナズナは著しいUVB感受性を示した。CPD光回復は高等植物のUV耐性に重要な役割を果たしている。ピリミジン2量体は突然変異の原因となる。変異標的遺伝子導入シロイヌナズナを用いた。サイレンシング体の変異頻度は野生型の約2倍であり、GC$$rightarrow$$AT塩基置換やフレームシフトが多い傾向が見られた。他生物のUV誘発変異ではあまり見られないAT$$Xrightarrow Y$$TAやGC$$rightarrow$$CG塩基置換が野生型で検出された。植物に特有なのかもしれない。

口頭

シロイヌナズナにおけるイオンビーム及び$$gamma$$線誘発突然変異の解析

吉原 亮平; 長谷 純宏; 滝本 晃一*; 鳴海 一成

no journal, , 

放射線は、DNAに傷害を与え突然変異の原因となる。生物は、その傷害を修復するためのDNA修復機構をもっている。これまでに微生物や動物において遺伝子レベルで放射線誘発変異の種類や、変異誘発とDNA修復機構の関係が調べられた。しかし、高等植物においては、それらの研究はほとんど行われていない。本研究ではモデル植物のシロイヌナズナを用いた突然変異検出システム(Yoshihara et al. 2006)により、イオンビームと$$gamma$$線による誘発変異の特徴を遺伝子レベルで明らかにすることを目的とした。大腸菌のribosomal protein small subunit S12(${it rpsL}$)遺伝子を導入したシロイヌナズナにイオンビーム及び$$gamma$$線を照射し、変異を持った${it rpsL}$遺伝子を染色体DNAからプラスミドレスキューにより回収し、誘発された突然変異を解析した。今回は、本システムを用いて得られた結果からイオンビーム及び$$gamma$$線の誘発変異の特徴について報告する。

口頭

高等植物におけるカーボンイオン及び$$gamma$$線誘発突然変異スペクトル解析

吉原 亮平; 長谷 純宏; 滝本 晃一*; 鳴海 一成

no journal, , 

本研究では、220MeVのカーボンイオン(220MeV C),$$gamma$$線、そして停止直前のLETがブラッグピーク付近のカーボンイオンをシロイヌナズナ種子に照射して、変異スペクトル解析を行った。220MeV C及び$$gamma$$線照射により変異頻度の上昇が見られた。220MeV Cと$$gamma$$線はともにG:C to A:T transitionとdeletionを効率的に誘発することが示された。さらに220MeV Cでは、complex typeの変異が$$gamma$$線よりも多く見られた。$$gamma$$線では、フレームシフト変異が多く検出されたが、220MeV Cではフレームシフトはバックグラウンドレベルであった。この変異スペクトルの違いは、イオンビーム及び$$gamma$$線によりDNA上に生じるDNA損傷の違いに起因している可能性がある。ブラッグピーク付近のカーボンイオンを用いた予備実験では、変異頻度に有意な上昇が見られなかった。ブラッグピーク付近のカーボンイオンは、細胞の致死効果が高く、照射時のフルエンスが低いためにターゲット遺伝子内に検出するのに十分な変異が誘発されていない可能性が示唆された。

口頭

放射線により高等植物内で誘発される変異の特徴

吉原 亮平; 長谷 純宏; 滝本 晃一*; 鳴海 一成

no journal, , 

220MeVのカーボンイオン(220MeV C$$^{5+}$$),$$gamma$$線、そして停止直前のLETがブラッグピーク付近のカーボンイオンをシロイヌナズナ種子に照射して、変異スペクトル解析を行った。変異の検出は、${it rpsL}$遺伝子導入シロイヌナズナによる変異検出システムを用いた。220MeV C$$^{5+}$$$$gamma$$線はともにG:C to A:T transitionとdeletionを効率的に誘発することが示された。さらに220MeV C$$^{5+}$$では、complex typeの変異が$$gamma$$線よりも多く見られた。$$gamma$$線では、フレームシフト変異が多く検出されたが、220MeV C$$^{5+}$$ではフレームシフトはバックグラウンドレベルであった。ブラッグピーク付近のカーボンイオンを用いた予備実験では、変異頻度に有意な上昇が見られなかった。ブラッグピーク付近のカーボンイオンは、細胞の致死効果が高く、375bpの${it rpsL}$遺伝子領域を用いた本システムでは、変異を検出できない可能性が示唆された。

口頭

シロイヌナズナ乾燥種子及び幼植物体における放射線誘発変異の解析

吉原 亮平; 長谷 純宏; 滝本 晃一*; 鳴海 一成

no journal, , 

高等植物における放射線誘発変異を解析するため、${it rpsL}$遺伝子導入シロイヌナズナの乾燥種子に、カーボンイオン及び$$gamma$$線を照射し、変異誘発効果を評価した。カーボンイオンと$$gamma$$線の変異スペクトルを解析したところ、両放射線は、ともにG$$rightarrow$$Aの塩基置換及び欠失変異を効率的に誘発した。また、カーボンイオンでは複合型変異が、$$gamma$$線ではフレームシフト変異の頻度が比較的高かった。他の生物種における主要な$$gamma$$線誘発変異は、グアニンの酸化体が関与するG$$rightarrow$$TやA$$rightarrow$$Cの塩基置換であるが、われわれの結果では、非照射区に対して有意に上昇しなかった。われわれは、乾燥種子という特殊な細胞環境がこの違いに関係していると考え、生育途中の植物体でも変異解析を行っている。ブラッグピーク付近のカーボンイオンを照射した場合は、非照射区に比べて変異頻度は有意に上昇しなかった。${it rpsL}$変異検出システムは、比較的小さな遺伝子内変異を検出するシステムであることから、ブラッグピーク付近のカーボンイオンは、乾燥種子内で遺伝子内変異を誘発しにくいことが示唆された。

口頭

高等植物における放射線誘発変異の特徴解析

吉原 亮平; 長谷 純宏; 野澤 樹; 滝本 晃一*; 鳴海 一成

no journal, , 

本研究では、${it rpsL}$遺伝子導入シロイヌナズナに炭素イオンビーム(220-MeV C)及び$$gamma$$線を照射し、それらの変異誘発効果を遺伝子レベルで明らかにした。シロイヌナズナの乾燥種子に対して照射を行ったところ、$$gamma$$線は高等植物内で、220-MeV Cに比べて、サイズの小さな変異を誘発する可能性が示唆された。また、G:C to T:AやA:T to C:G transversionの頻度が上昇しなかったことから、放射線により誘発されるグアニン酸化体の変異誘発に対する寄与は、乾燥種子内では小さいと予測された。われわれは、生育途中のシロイヌナズナ幼植物体に$$gamma$$線照射し、変異解析を行った。$$gamma$$線により幼植物体内で誘発される変異は、乾燥種子のものと類似しており、G:C to T:AやA:T to C:G transversionの頻度は、上昇しなかった。このことから、高等植物では、放射線誘発変異スペクトルに他の生物種との違いがあることが示唆された。

口頭

シロイヌナズナのM1個体における放射線誘発DNA損傷の推定; Arabidopsis/rpsLを用いた遺伝子内変異の解析

吉原 亮平; 長谷 純宏; 坂本 綾子; 野澤 樹; 滝本 晃一*; 鳴海 一成

no journal, , 

本研究では、変異検出マーカー(${it rpsL}$)遺伝子を導入したシロイヌナズナ(Arabidopsis/rpsL)に対し、炭素イオンビーム又は$$gamma$$線を照射し、放射線誘発変異のスペクトルを解析した。その結果、炭素イオンビーム及び$$gamma$$線照射は、どちらも欠失変異やG:C to A:T transition変異を誘発する傾向があることがわかった。また、乾燥種子においては、$$gamma$$線は、炭素イオンビームに比べてサイズが小さい欠失変異を誘発する傾向が見られた。しかし、代表的な放射線誘発損傷である8-oxoguanineに起因するG:C to T:AやA:T to C:G transversionの頻度は、乾燥種子・幼植物体ともに低く、他の生物種に比べてシロイヌナズナでは放射線照射による8-oxoguanineの生成が少ない可能性が示された。また、イオンビームの飛程において照射試料中で停止する直前でエネルギーの沈積が最大となる領域をブラッグピーク領域という。本研究発表では、ブラッグピーク領域の炭素及びヘリウムイオンがシロイヌナズナ乾燥種子の生育と生存に与える影響についても報告する。

口頭

変異誘発効果から見る紫外線及び電離放射線の高等植物に対する影響; シロイヌナズナを用いた突然変異スペクトル解析

吉原 亮平; 滝本 晃一*; 長谷 純宏; 野澤 樹; 坂本 綾子; 鳴海 一成

no journal, , 

シロイヌナズナの核ゲノムに大腸菌由来の${it rpsL}$遺伝子を持つプラスミドを組み込むことにより、新たな突然変異検出システムを構築し、紫外線や電離放射線の生物影響を遺伝子レベルで明らかにすることにした。本変異検出システムを用いて紫外線誘発変異を解析した結果、主要な紫外線誘発DNA損傷であるシクロブタン型ピリミジン二量体(CPD)に起因すると考えられるG$$rightarrow$$Aトランジション変異の頻度が非照射区に比べて上昇した。次に、CPDを効率的に修復するCPD光回復遺伝子をRNAiにより発現抑制し、紫外線高感受性となったシロイヌナズナを作製した。このRNAi個体を用いて変異スペクトル解析を行った結果、野生型に比べてG$$rightarrow$$A変異の上昇に加えフレームシフト変異の頻度も上昇した。次に、電離放射線による誘発変異を調査するために、$$gamma$$線及び炭素イオンビーム(LET 121.5keV/$$mu$$m)をシロイヌナズナ乾燥種子に照射して、変異スペクトル解析を行った。その結果、$$gamma$$線では炭素イオンビームに比べて、サイズの小さな欠失変異が誘発される傾向があることが示された。

口頭

放射線誘発DNA酸化損傷がシロイヌナズナの突然変異に与える影響

吉原 亮平; 長谷 純宏; 野澤 樹; 鳴海 一成; 滝本 晃一*; 日出間 純*; 坂本 綾子

no journal, , 

放射線は、細胞内でDNA酸化損傷を生成し、突然変異を誘発することが知られている。われわれは、シロイヌナズナ幼植物体を用いて変異スペクトル解析を行うことで、DNAの酸化損傷の変異誘発に対する影響を評価することにした。さらに、ヌクレオチドプール浄化機構に関与する${it mutT}$遺伝子のホモログ(${it NUDT1}$遺伝子)を欠損したシロイヌナズナにおける突然変異解析を行い、植物におけるヌクレオチドプール浄化機構の放射線誘発変異抑制における影響を評価した。${it NUDT1}$遺伝子欠損体の$$gamma$$線感受性は、野生型に比べてやや高かったが、統計学的有意差を示すことができるほどの差はなかった。しかし、${it NUDT1}$遺伝子欠損体における$$gamma$$線誘発突然変異スペクトルは、野生型と異なるスペクトルを示した。よって、${it NUDT1}$遺伝子の欠損は、植物の放射線感受性には影響を与えないものの、突然変異誘発に影響を与えていることが示唆された。

口頭

Mutation spectrum analysis in higher plants

吉原 亮平; 長谷 純宏; 野澤 樹; 鳴海 一成; 滝本 晃一*; 坂本 綾子

no journal, , 

Ionizing radiation has been applied to various plants for decades to generate many useful agricultural resources. Nevertheless, it is still unclear how the radiation effectively induces mutations in higher plants. To clarify the molecular mechanisms for radiation-induced mutagenesis in higher plants, we have been developing novel systems to detect various types of mutations occurring ${it in planta}$. The ${it Escherichia coli rpsL}$ gene encodes the S12 subunit of the 30S ribosomal protein, to which streptomycin binds. We subcloned the ${it rpsL}$ gene together with an ${it E. coli}$ vector ori between LB and RB sites of a binary vector, which was then introduced into the ${it Arabidopsis}$ genome. From the transgenic plants grown under the presence or absence of mutagens, we retrieved the ${it rpsL}$ coding region using a plasmid rescue approach. When the transgenic ${it Arabidopsis}$ plants were grown for two weeks under normal conditions, mutations of the ${it rpsL}$ gene occurred with a frequency of 3.3$$times$$10$$^{-5}$$. Moreover, the rescue analysis revealed that the $$gamma$$-ray exposure elevated the mutant frequency by about three times. However, G:C to T:A transversions resulting from the mispairing of 8-oxo-G with adenine did not increase significantly with $$gamma$$ rays. This result suggests that plants may have a system that differs from other organisms to tolerate oxidative damage to DNA.

口頭

東海再処理施設における低放射性廃液の処理技術開発,14; 連結カラム試験によるCs/Sr吸着プロセスの検討

高野 雅人; 伊藤 義之; 鈴木 達也*; 滝本 真佑美*; 松倉 実*; 三村 均*; 森 浩一*; 岩崎 守*

no journal, , 

東海・再処理施設から発生する低放射性廃液は、低放射性廃棄物処理技術開発施設(LWTF)で処理される計画であり、LWTFのCs及びSr吸着塔で使用する吸着材の検討を行っている。Cs及びSr吸着材は、処理対象廃液のpHの影響を受け吸着性能が低下する等の特徴を有するため、実機(LWTF)への適用にあたっては、吸着性能を十分発揮させる吸着プロセスを検討する必要がある。このため、実機を模擬した連結カラム試験を行い、Cs及びSr吸着材の通液順序による各吸着材の破過特性を調査し、最適な吸着プロセスを検討した。その結果、各吸着材の使用順序として、1Sr吸着材$$rightarrow$$2Cs吸着材の順に通液することで、Cs及びSr吸着材の破過特性は向上することが分かった。

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