Effects of Ne ion beams on survival of Arabidopsis thaliana

Abstract

The biological effects of heavy ions, estimated from the Relative Biological Effectiveness (RBE) on lethality as a function of the Linear Energy Transfer (LET), have been extensively studied with several cells. Arabidopsis thaliana (L.) Heynh. is a multicellular organism particularly suitable for studying the effects of heavy ions and radiations. The effects of heavy ions on the survival of Arabidopsis were previously investigated. To further elucidate the dependence of RBE on LET, only the Ne ions but with several different LETs were used for this study. The dry seeds of Arabidopsis thaliana were exposed to the Ne ions accelerated by ring cyclotron. After the irradiation, the plants were grown at 23 C under a continuous light. One month after sowing, those plants with expanded rosette leaves were scored as survivors. The survival curves for the Ne ions with LET 156 to 549 keV/micro-m were shown. The Ne ions with LET 156 keV/micro-m had the largest shoulder, while those with LET of 352 keV/micro-m had the smallest. The RBE on lethality was calculated by using the dose for 37 percent survival for electrons as a standard and was found to give a peak at the LET around 350 keV/micro-m. In the unicellular systems, a peak was observed at the LET around 100 keV/micro-m, and heavy ions with greater LETs usually reduced the RBE value. The difference of LET for the RBE peak between the unicellular system and Arabidopsis can be explained by Arabidopsis' repair mechanism specific to the multicellular organisms.

線エネルギー付与(LET)の関数としての致死率の生物学的効果比(RBE)から概算された重イオンの生物学的効果を、種々の細胞に対して多く研究されてきた。Arabidopsis thaliana (L.) Heynhは重イオンや放射線の影響を調べる上で、特に適した多細胞器官である。先に行った研究では、幾種類かのイオンを用いて、重イオンのArabidopsisの生存に与える影響を調べた。本研究ではLETに対するRBEの依存性を更に明らかにすべく、Neイオンのみを用い、複数の異なるLETを用いる。Arabidopsis thalianaの乾燥した種子をリングサイクロトロンで加速されたNeイオンに曝した。照射後は定常光の下、23度Cの環境で育てられる。種を蒔いた一月後に座葉を拡げたものを生存と数える。本研究では156から549keV/マイクロメートルの幾通りかの異なるLETのNeイオンについての生存曲線を示す。生存率は156keV/マイクロメートルの場合が最も高く、352keV/マイクロメートルの場合が最も低かった。致死率のRBEは、37%が生存するような電子照射の線量を基準として計算し、350keV/マイクロメートル周辺のLETでピークとなることがわかった。単一の細胞系では、ピークは100keV/マイクロメートル周辺のLETで見られ、大きなLETを持つ重イオンは通常RBE値を減少させる。単一細胞系とArabidopsisでRBEピークを示すLETが違うのは、多細胞器官に特有のArabidopsisの修復機構により説明できるだろう。