Isolation of the flower-color changing mutant using heavy-ion beam irradiation

Abstract

Isolation of mutants with a high frequency is a powerful tool to generate new kind of flower color. Petunia altiplana, one of the parent of P. hybrida, shows a dominant purple flower color. Using ovaries with pistil excised after pollination, it was found that the expected time for fertilization following pollination in P. altiplana was about 36 to 48 hours. Ethyl methanesulfonate (EMS) was used as a mutagen. However, no mutant phenotype was observed among the flowering plants with application of EMS. As an alternative, a method for irradiating a heavy ion beam to fertilized egg cells for the isolation of flower color mutants in P. altiplana was utilized. After 44 hours of the pollination, a Ne-20 heavy ion beam with 5 to 200 Gy at 135 MeV/u was irradiated to the ovaries. The Linear Energy Transfer (LET) of Ne ion was adjusted to 63.0 keV/micrometer. The germination rate of the mutagenized seeds decreased with the intensity of irradiation. Out of the 102 M1 plants derived from 5 Gy irradiated ovries, one flower-color changing mutant called pne 1 was isolated. The pne 1 flower contained the pink veins in its corolla and presented a whitish pink color. It was found from the results of liquid chromatography analysis that a very significant reduction of malvidin 3-(p-coumaroyl)-rutinoside-5-glucoside was caused. The frequency of flower color changing mutants following the irradiation was about 1 percent in this petunia system, indicating the mutation rate of about 100 times as compared with that in natural conditions.

高い出現頻度をもつ突然変異体の分離は、新種の花の色をつくり出す強力な手段である。P. hybrideの親の1つであるPetunia altiplanaは濃紫の花色を持っている。受粉後に切り取った雌しべを含む子房を用いて、P. altiplanaの受粉後の施肥に適した時間は約36-48時間であることを見出した。変異誘発物質として、エチルスルホン酸メタン(EMS)を使用した。しかし、EMSを適用した顕花植物においては、突然変異体表現型は観察されなかった。それに代わって、P. altiplanaの花色突然変異体の分離に受精卵細胞へ重イオンビーム照射を行う方法を適用した。受粉後44時間経過した子房に135MeV/uのNe-20重イオンビームを5Gyから200Gy照射した。ネオンイオンの線エネルギー付与(LET)は63.0keV/マイクロメートルに調整した。誘発物質を与えた種子の発芽率は照射強度と共に低下した。5Gy照射した子房からとった102個のM1から、pne1と称する1つの花色変化突然変異体を分離した。pne1の花は、花冠内にピンク色の細脈を持ち、白っぽいピンク色を呈する。液体クロマトグラフィーの結果、マルビジン3-(p-クマロイル)-ルチノシド-5-グルコシドが大量に減少していることが判明した。照射後の花色変化突然変異体の出現頻度は、本ペチュニア系においては約1%であったが、これは自然条件の約100倍の突然変異率である。