赤色細菌に紫外線を照射する

ハイブリッド育種という言葉を聞いたことがある人は多いでしょう。袁龍平氏が開発したハイブリッド米は、異なる種の遺伝子を組み合わせてより優れた遺伝子を生み出すという原理を採用しています。突然変異育種は、雑種育種とは正反対の育種方法で、外部要因を利用して種自体に突然変異を誘発します。赤色細菌培養液に紫外線を照射する研究も、突然変異育種の原理に基づいた研究です。

突然変異育種とは、物理的・化学的要因を利用して動植物の遺伝的特性に突然変異を誘発し、その突然変異群の中から一定の条件を満たす単一の植物・個体を選択して新品種や遺伝資源を育成する育種法を指します。品種改良や交配を経て開発された近代的な育種技術です。

1927年、アメリカのHJマーラーは、X線がショウジョウバエに遺伝性の突然変異を引き起こす可能性があることを発見しました。 1928年、米国のLJスタットラーは、X線がトウモロコシと大麦に変異誘発作用を持つことを確認しました。その後、スウェーデンの H. Nilsson-Ehle と A. Gustafsson は 1930 年に放射線を利用して実用的な価値のある大麦の突然変異体を獲得し、D. Torunna は 1934 年に X 線を利用して高品質のタバコ品種「Hlorina」を育成しました。 1942 年、C. アウアーバッハはマスタードガスが X 線によって引き起こされるものと同様のさまざまな突然変異を引き起こす可能性があることを発見し、1948 年に A. グスタフソンはマスタードガスを使用して大麦に突然変異体を誘発しました。 1950 年代以降、突然変異育種法は改良され、より大きな成果を上げました。たとえば、米国では、X 線と中性子による突然変異を利用して、交配法では育種に成功しなかった萎凋病に耐性のあるペパーミントの品種、トッズ ミッチャムを育種しました。 1970年代以降、変異誘発因子は初期のX線からガンマ線、中性子、さまざまな化学変異原や生理活性物質へと発展し、変異誘発方法も単独処理から複合処理へと発展し、同時に、変異育種は雑種育種、組織培養などと密接に結びつき、変異育種の実用的意義が大幅に高まりました。

ここ数十年の研究を通じて、突然変異誘発の原理に対する人々の理解は徐々に深まってきました。従来の補助交配による交配は、基本的に染色体の組み換えであることはわかっています。この技術は、一般的に染色体の突然変異を引き起こさず、遺伝子に触れることはさらに困難です。放射線の影響は様々です。放射線の中には細胞内の原子や分子と衝突して電離や励起を引き起こすもの、エネルギーの形で光電吸収や光電効果を生み出すもの、細胞内で一連の物理的・化学的プロセスを引き起こすものもあります。これらは細胞にさまざまな程度の損傷を引き起こします。それは染色体の数と構造に影響を与え、一部の染色体が破損したり、一部がセグメントを失ったり、破損後に「自己修復」の過程で一部が頭と尾でつながったり、「混ざり合って」それぞれ染色体の逆位と転座を引き起こしたりします。もちろん、放射線は染色体中のヌクレオチド分子の塩基ブロックにも作用し、遺伝子（遺伝コード）の突然変異を引き起こすこともあります。化学的突然変異誘発に関しては、一部の薬剤はアルキル基を使用して他の分子の水素原子を置き換えますが、他の薬剤はヌクレオチド塩基自体の類似体であり、「本物と見なして」DNA複製にエラーを引き起こす可能性があります。間違いなく、これらは植物の遺伝子の突然変異を引き起こすでしょう。物理的および化学的要因の誘導により、植物細胞の突然変異率が通常の数千倍に高まり、他の手段では得ることが難しい突然変異もあります。もちろん、生み出された突然変異のほとんどは遺伝しないので、放射線照射後の初期の世代は、通常、選択を急ぐことはありません。