イオンビームを利用した突然変異誘発

2016 年 3 月 8 日受理 連絡責任者：玉木克知（Katsutomo_Tamaki@pref.hyogo.lg.jp）

イオンビームを利用した突然変異誘発

−花きの突然変異育種を中心に−

玉木克知

兵庫県立農林水産技術総合センター（〒 679-0198 兵庫県加西市別府町南の岡甲 1533） 要旨：新品種の作出には交雑育種や放射線，化学変異剤処理による突然変異育種が行われてきたが，近年，イオ ンビーム照射による突然変異体の利用が注目されている．イオンビームは他の突然変異育種より突然変異率が高い ことや稔性の低下が少ないこと，栄養繁殖性植物にも利用可能なことから花きを中心に様々な品目で利用されてい る．これまでに様々な企業や研究機関でバーベナやダリア，バラ，トレニア，ナデシコ，ホトトギス，シンビジュー ム，サクラなど様々な花き類においてイオンビーム育種が行われ，一部は品種登録され，市販されている．現在も 様々な品目でイオンビーム育種は行われており，今後，ますます多様な新品種が生まれてくると考えられる．兵庫 県ではキクとハボタンにイオンビーム照射を行い，突然変異の誘発を行ってきた．キクでは花色突然変異を中心に 選抜を行い，輪ギクと小ギクでは突然変異の現れる部位に異なった傾向がみられることを明らかにした．また，ハ ボタンでは残暑の影響により発色が遅れるような気候でも発色が早い早期発色突然変異体の作出を行った． キーワード：イオンビーム育種，突然変異，花き，キク，ハボタン

1．はじめに

新品種育成のための育種技術は交雑育種を中心に行わ れ，化学変異剤や放射線照射による突然変異育種や細胞融 合などの細胞工学的手法，遺伝子組換えなどの分子生物学 的手法が開発されてきた．それぞれの手法には一長一短が あり，交雑育種では専用の施設や設備が不要な反面，目的 の形質を得るための時間と労力がかかる．細胞融合では交 雑育種では得られない形質の改良が可能であり，遺伝子組 換えでは特定の形質のみを強化あるいは消失することが可 能であるが，いずれも品目や対象となる形質が限定された り，専用の施設や設備が必要だったりする．突然変異育種 は多くの品目で利用可能なことから交雑育種では得にくい 形質の獲得に利用されてきた．従来の突然変異育種は化学 変異剤による処理やガンマ線，エックス線などの放射線照 射が利用されてきたが，化学変異剤は栄養繁殖性植物では 取り扱いが難しく，放射線照射では稔性の低下が問題と なっていた．その中で新たな育種法として注目されている のがイオンビーム照射による突然変異誘発技術である．イ オンビーム照射による突然変異誘発はそれまでのガンマ線 やエックス線が半数致死線量（LD50）で突然変異の選抜 を行うのに対して生存率の低下が始まる低線量で突然変異 の選抜を行える（Blakely 1992）ため，処理サンプル数が 少なくできる利点がある．また，線エネルギー付与（LET） の 高 さ か ら 突 然 変 異 誘 発 効 率 が 高 い こ と が 示 さ れ （Nagatomi et al. 1997，Okamura et al. 2001，田中 2003a,b），

さらに栄養繁殖性植物が利用可能，稔性の低下が少ないの が特長である．

2．花きにおけるイオンビーム照射

による突然変異誘発効果

花色や花形は花きの重要な形質であり，花きの新品種育 成もこれらの形質改変を中心に行われている．岡村（2002） はチェリー色のカーネーション「ビタル」に変異源処理を 行った結果，化学変異剤である EMS や軟エックス線，ガ ンマ線では得られなかったサーモンや黄，クリーム，複色 の花色突然変異が炭素イオンビーム照射により得られたと 報告している．同時に丸弁の花形変異がガンマ線の約 5 倍 の高い頻度で生じ，ガンマ線や軟エックス線では得られな かったナデシコ弁も得られたとしている．また，Nagatomi et al.（1996）は赤紫の輪ギク「太平」にガンマ線と炭素イ オンビームの照射による変異スペクトルを比較した結果， 炭素イオンビームでのみ橙，白，黄，複色 / 条斑が得られ たと報告している．鈴木ら（2003）は小ギクへの炭素イオ ンビーム照射による突然変異率は 14.0% で，軟エックス 線照射では 9.3%，ガンマ線照射では 18.8% と炭素イオン ビーム照射とガンマ線照射は同程度であるが，照射後の生 存率は軟エックス線とガンマ線がそれぞれ 43.1%，46.1% なのに対し炭素イオンビーム照射では 93.7% と非常に高 いことを報告している．これらのことからイオンビーム照 射による花色突然変異誘発はサンプル数が少ない場合でも 突然変異の誘発が十分に可能であり，さらに軟エックス線 やガンマ線では得られなかった花色突然変異が得られるこ とが明らかとなった． 63 作物研究 61：63 − 66（2016）

Copyright 近畿作物・育種研究会 （The Society of Crop Science and Breeding in Kinki, Japan）

総 説

3．兵庫県でのキクへのイオンビーム照射

による突然変異誘発

兵庫県では 47 品種・系統を対象に炭素イオンビームを 照射し，花色突然変異系統の作出を行った．全体の花色突 然変異率は 2Gy で 4.7％，4Gy と 6Gy で 10.9％，10.1％と なり，4Gy と 6Gy の突然変異率は高かった（第 1 表）． 花色の突然変異が現れる部位を第 1 図に分類した．舌状 花弁 1 枚の中に部分的に筋状に現れる変異を条斑変異，1 枚または複数の舌状花弁全体に現れる変異を花弁変異，1 個体の中で 1 個または複数の頭花に現れる変異を頭花変異， 1 個体の中で分枝全体に現れる変異を分枝変異とした．第 2 図に花色突然変異の突然変異部位別出現数をまとめた． 全体では条斑変異が若干多く，花弁変異が若干少なかった が，全体に同程度の出現数であった．しかし，キクの種類 別に見ると輪ギクでは変異部位が 1 個の頭花の一部に限ら れ，突然変異部位が小さい条斑変異と花弁変異の数が多く， 逆に小ギクでは頭花 1 個以上が変異し，突然変異部位が大 きい頭花変異と分枝変異の数が多かった．得られた花色突 然変異から花弁培養により全体が花色突然変異した個体の 作出を行うが，分枝変異は枝全体の突然変異のため挿し芽 による増殖が可能であり，突然変異個体作出に花弁培養を 行う必要がなくなる．また，花弁培養による別の突然変異 の出現の可能性もある．そのため，小ギクの方が輪ギクよ りも花色突然変異個体の作出が容易になる傾向がみられた． イオンビーム照射により Nagatomi et al.（1996）の報告 と同様，橙，白，黄，複色 / 条斑等と多くの種類の花色突 然変異が現れた（第 3 図）．得られた花色突然変異体の一 部で開花期を調査したところ，「夢志光」や「コーラス」 のように元品種，突然変異体ともに気温の影響による年次 変動が大きく，さらに元品種と突然変異体の間で年次によ り開花日のずれ幅が異なる品種もあれば，「紅椿」のよう に元品種，突然変異体ともに年次変動がほとんどみられず， 元品種と突然変異体で開花日のずれのない品種もあった． また，「秀芳雄志」と「星の人」では年次変動がみられたが， 元品種と突然変異体で開花日のずれはみられなかった．こ れらのことから花色の突然変異と開花期の突然変異は必ず しも付随して起こるわけではないと推察された（第 2 表）． ኚ␗䛺䛧 ᮲ᩬኚ␗ ⰼᘚኚ␗ 㢌ⰼኚ␗ ศᯞኚ␗ ⅊Ⰽ䛾㒊ศ䛜✺↛ኚ␗㒊఩ 第 1 図 キクの突然変異部位． 0 10 20 30 40 50 60 70 ㍯䜼䜽 ᑠ䜼䜽 䝇䝥䝺䞊䜼䜽 ඲య ᮲ᩬኚ␗ ⰼᘚኚ␗ 㢌ⰼኚ␗ ศᯞኚ␗ 㻝㻝ရ✀ 㻝㻞ရ✀ 㻞ရ✀ 第 2 図 キクの花色変異の突然変異部位別出現数． 第 3 図 キク「神戸スプレー」の花色突然変異体の写真． 上段左から元品種，淡黄，黄，下段左から白， 橙，茶の各花色突然変異体 . 第 1 表 キクへのイオンビーム照射による花色突然変 異率 . ရ✀䞉⣔⤫ ⰼⰍ _{2011 2012} 㛤ⰼ᪥_{2013 2014 2015} ክᚿග ᱈ 㻤᭶ 㻤᪥ 㻣᭶㻞㻟᪥ ኚ␗ ㉥⣸ 㻤᭶ 㻠᪥ 㻣᭶㻟㻝᪥ 㻤᭶ 㻡᪥ ⓑ 㻣᭶㻝㻥᪥ 㻣᭶㻞㻟᪥ 㻣᭶㻟㻝᪥ 㯤 㻥᭶㻝㻢᪥ 㻤᭶㻝㻟᪥ 㻤᭶㻝㻞᪥ ⚽ⰾ㞝ᚿ _{ኚ␗ ῐ㯤}ⓑ 㻥᭶ 㻥᪥_{㻥᭶㻝㻜᪥} 㻥᭶ 㻟᪥_{㻥᭶ 㻟᪥} 䛣䜎䜑 ᶳ 㻤᭶㻞㻞᪥ ኚ␗ 㯤 㻤᭶㻞㻥᪥ ኟஎዪ _ኚ␗ ㉥⣸_ⓑ 㻣᭶㻝㻡᪥_{㻣᭶㻝㻣᪥} ⣚ᳺ ㉥⣸ 㻝㻝᭶㻝㻞᪥ 㻝㻝᭶ 㻥᪥ 㻝㻝᭶㻝㻝᪥ ᪥ 㻝 㻝 ᭶ 㻝 㻝 ᪥ 㻜 㻝 ᭶ 㻝 㻝 ᪥ 㻟 㻝 ᭶ 㻝 㻝 ⣚ ␗ ኚ ᫍ䛾ே _{ኚ␗ Ⲕ}㯤 㻝_㻝᭶_᭶ 㻣_㻣᪥_᪥ 㻝_㻝㻞_㻞᭶_᭶㻝_㻝㻤_㻤᪥_᪥ 䝁䞊䝷䝇 ᪥ 㻞 㻞 ᭶ 㻜 㻝 ⓑ ኚ␗ ᱈ 㻝㻜᭶㻞㻜᪥ 㻝㻜᭶㻞㻟᪥ ᪥ 㻥 㻞 ᭶ 㻜 㻝 ᪥ 㻝 㻟 ᭶ 㻜 㻝 㯤 ῐ Ὀຊ _{ኚ␗ 㯤}ⓑ 㻝_㻝㻜_㻜᭶_᭶㻞_㻞㻟_㻥᪥_᪥ 第 2 表 キクの花色突然変異体の開花特性 . 1）突然変異率：突然変異個体数 / 供試個体 数× 100（％）. ↷ᑕ ⥺㔞 ౪ヨ ရ✀ᩘ ౪ヨ ಶయᩘ ✺↛ኚ␗ ಶయᩘ ✺↛ ኚ␗⋡㸧 *\     *\     *\     作物研究 61 号（2016） 64

4．兵庫県でのハボタンへのイオンビーム照射

による突然変異誘発

ハボタンは兵庫県の花壇苗の主要品目であり，夏期の高 温による発色遅れが出荷開始時期を遅らせ，問題となって いた．そこで，「赤城」と「赤兎」を材料にイオンビーム 照射による発色時期の改良を行った．ハボタンでは炭素イ オンビームを種子に 50，100，150 および 200Gy 照射した（種 子照射）．また，「赤兎」の種子をシャーレ内で無菌播種し て発芽させた幼苗に炭素イオンビームを 5，7.5 および 10Gy 照射した（幼苗照射）．種子照射の照射当代（M1 世代） では両品種ともすべての供試線量で発芽率の低下や生育へ の影響はみられず，幼苗照射でも生育への影響はみられな かった．蕾受粉による自家採種により得られた M2 世代で は「赤城」の種子照射で 1.8 ∼ 3.7％の突然変異率だった（第 3 表）．「赤兎」の種子照射では 100Gy で 1 個体突然変異体 が得られた（1.6％）のみで，幼苗照射では得られなかっ た（第 3 表）．以上の結果から種子照射，幼苗照射ともに 照射線量が低かったと考えられた．得られた突然変異体は 早期発色する個体や白く発色する個体，葉色が黄色味をお びた個体，葉数が増えた個体があったが，葉色が黄色味を おびた個体と葉数が増えた個体は M3 世代ではその形質を 確認できなかった．早期発色突然変異体は本葉 4 枚展開時 に赤く発色し，その後，一度緑に退色して 10 月上旬に再 発色する特長を有していた．その結果，セルトレイでの育 苗時に選抜が可能となり，選抜を効率的に行うことができ た．その後，得られた早期発色突然変異体と市販の白品種 「雪衣」の交配により白の早期発色個体も得ている（第 4 図）．

5．その他の花きにおけるイオンビーム育種

兵庫県以外でもイオンビーム育種は盛んに行われてお り，これまでに不稔のバーベナ（鈴木ら 2002）やダリア （Hamatani et Al. 2001），バラ（Hara et Al. 2003），トレニア （Miyazaki et Al. 2006），ナデシコ（Sugiyama et Al. 2008）の 花色・花形変異，半わい性のホトトギス（Nakano et Al. 2010）やシンビジューム（古川 2008）が育成されている． このほかにも JFC 石井農場と理化学研究所が共同育成し たサクラの「仁科蔵王」や「仁科乙女」は育種が困難とさ れていたサクラの新品種であり，今後も様々な品目でイオ ンビーム育種が利用されると考えられる．

謝辞

兵庫県におけるイオンビームを利用した突然変異誘発研 究は国立研究開発法人理化学研究所との共同研究により 行った．また，本研究の成果の一部は国立研究開発法人農 業・食品産業技術総合研究機構，戦略的イノベーション創 造プログラム委託研究の成果である．

引用文献

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第 4 図 ハボタン「赤城」の早期発色変異体の写真． 図中矢印の個体が早期発色変異体（左：赤，右： 白）. ရ✀ ↷ᑕ ⥺㔞 ౪ヨᩘ ᪩ᮇ ⓎⰍ ⓑⰍ㻝㻕 㯤Ⰽⴥ㻞㻕 ⴥᩘቑ ↷䜚ⴥ ษ䜜ⴥ ✺↛ ኚ␗⋡㻟㻕 䛂㉥ᇛ䛃 㻡㻜㻳㼥 㻝㻝㻟 㻞 㻜 㻜 㻜 㻝 㻞㻚㻣㻑 㻝㻜㻜㻳㼥 㻝㻝㻞 㻜 㻝 㻜 㻝 㻜 㻝㻚㻤㻑 㻝㻡㻜㻳㼥 㻝㻜㻥 㻜 㻝 㻜 㻞 㻜 㻞㻚㻤㻑 㻞㻜㻜㻳㼥 㻞㻠㻡 㻝 㻞 㻞 㻠 㻜 㻟㻚㻣㻑 䛂㉥ඡ䛃 ✀Ꮚ ↷ᑕ 㻡㻜㻳㼥 㻝㻢 㻜 㻜 㻜 㻜 㻜 㻜㻑 㻝㻜㻜㻳㼥 㻢㻟 㻜 㻜 㻜 㻜 㻝 㻝㻚㻢㻑 㻝㻡㻜㻳㼥 㻣㻢 㻜 㻜 㻜 㻜 㻜 㻜㻑 㻞㻜㻜㻳㼥 㻠㻞 㻜 㻜 㻜 㻜 㻜 㻜㻑 䛂㉥ඡ䛃 ᗂⱑ ↷ᑕ 㻡㻳㼥 㻝㻝㻜 㻜 㻜 㻜 㻜 㻜 㻜㻑 㻣㻚㻡㻳㼥 㻣㻞 㻜 㻜 㻜 㻜 㻜 㻜㻑 㻝㻜㻳㼥 㻣㻠 㻜 㻜 㻜 㻜 㻜 㻜㻑 第 3 表 ハボタンの M2 世代における突然変異率 . 1）白色：発色が白に変異した個体 . 2）黄色葉：発色していない葉の葉色が黄色味をおびた個体 . 3）突然変異率：突然変異個体数 / 供試個体数× 100（％）. 65 イオンビームを利用した突然変異誘発−花きの突然変異育種を中心に−

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Induction of Mutants by Ion Beam Irradiation − an Example of Flower

Mutation −

Katsutomo Tamaki

Hyogo Prefectural Institute for Agriculture, Forestry and Fisheries

（Minaminooka-Ko, Befu, Kasai, Hyogo 679-0198）

Summary: A work of a new breed has been performed by crossbreeding or mutation induction by radiation or chemical, but

use of the mutant by the ion beam irradiation is watched in recent years. An ion beam breeding which has higher mutation rate than other mutation breeding, doesn't decline fertility, and is available by vegetative propagation plants. In Hyogo prefecture, we induced mutants by ion beam irradiation in a chrysanthemum and an ornamental kale plant. We selected mainly by a fl ower color mutation in chrysanthemum, and made it clear that the tendency different from the part which appears of the mutation is seen at large mum and small mum. In ornamental kale plant, we selected the early coloring mutants whose coloring also becomes early in the climate that is too hot to color in late summer. Ion beam breeding was performed in various kinds of fl owering plants, such as verbena, dahlia, rose, torenia, dianthus, toad lily, cymbidium and cherry tree. Some of those were registered and marketed. And now, ion beam breeding is also performed by the various lists of articles, and we think that various new breeds will be born increasingly from now on.

Keywords: Ion beam breeding, mutation, fl owering plant, chrysanthemum, ornamental kale plant

Journal of Crop Research 61:59-62（2016） Correspondence: Katsutomo Tamaki （Katsutomo_Tamaki@pref.hyogo.lg.jp）

作物研究 61 号（2016）