異形花型自家不和合性スターチスにおける倍数性操作による生殖隔離の克服

• Project/Area Number: 22K05617
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 39030:Horticultural science-related
• Research Institution: Rakuno Gakuen University
• Principal Investigator: 森 志郎 酪農学園大学, 農食環境学群, 教授 (80441971)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 八幡 昌紀 静岡大学, 農学部, 准教授 (60420353) ; 岡本 吉弘 酪農学園大学, 農食環境学群, 准教授 (60310116) ; 星野 洋一郎 北海道大学, 北方生物圏フィールド科学センター, 教授 (50301875)
• Project Period (FY): 2022-04-01 – 2025-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2022)
• Budget Amount: ¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000); Fiscal Year 2024: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000); Fiscal Year 2023: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000); Fiscal Year 2022: ¥2,210,000 (Direct Cost: ¥1,700,000、Indirect Cost: ¥510,000)
• Keywords: 生殖隔離 / 倍数性 / 自家不和合性 / 交雑親和性 / 種間雑種 / 花き / 異形花型自家不和合性

Outline of Research at the Start

主要切り花であるスターチスはLimonium属植物（イソマツ科）であり、本属の多くは花粉と雌ずいが二型性である自家不和合性を示す。花きでは新たな形質の創造が期待され、交雑育種はそれを可能にする基礎的な技術であるが、生殖隔離の問題がある。一方、近年、育種親の倍数性を操作することにより生殖隔離を克服できる可能性が示されている。
本研究では、本来二倍体であるスターチス4種の四倍体を作出し、それらを利用して異形花型間、倍数体間、種間における正逆交雑を行い、それぞれの交雑における花粉管伸長や胚・胚乳の発達、雑種形成率を調査する。試験結果から、倍数性と自家不和合性、交雑親和性の関係性を考察する。

Outline of Annual Research Achievements

交雑育種では生殖隔離の問題があるが、倍数性操作により生殖隔離を克服できる可能性が示されている。主要切り花であるスターチス（Limonium）属植物の多くは、花粉と雌ずいが二型性を示し、種内にAタイプ花粉とトウモロコシ状柱頭（cob-like stigma）をもつA/cob型の花と、Bタイプ花粉と乳頭柱頭（papilla stigma）をもつB/pap型の花が混在する。花型は不和合性と密接に関係し、同じ花型同士で交配すると種子が生じない。本研究では主要なスターチス属植物4種を供試し、それぞれの倍数体を作出した上で、異形花型間、倍数体間、種間における正逆交雑を行い、倍数性と自家不和合性、交雑親和性との関係性を明らかにする。
これまでにL. sinuatum（シヌアータ）とL. bellidifolium（カスピア）の種子を紡錘糸形成阻害剤で処理し、それら実生のフローサイトメーター分析を通して四倍体を獲得した。次に、シヌアータの二倍体および四倍体とL. perezii（ペレジー）の二倍体の花を顕微鏡下で観察し、それらをA/cob型またはB/pap型の花に区分した。さらに、これらの自家不和合性や交雑親和性を明らかにすることを目的に、受粉2週間後に胚珠の肥大を調査した。その結果、シヌアータ二倍体またはペレジー二倍体における同じ花型同士の組み合わせでは胚珠の肥大はみられなかったが、異なる花型間では肥大がみられ、また、種の異なる間柄でも肥大が観察された。現在、四倍体を用いた試験を行っている。今後、ペレジーおよびL. latifolium（ラティフォリウム）を紡錘糸形成阻害剤で処理して四倍体を獲得するとともに、それらを用いた交配実験を行う。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

シヌアータとカスピアの種子を供試してオリザリンまたはコルヒチンを種々の濃度・時間で処理し、フローサイトメーターで倍数性を調査したところ、カスピアにおいて新たに倍数体を獲得した。
シヌアータ‘アーリーブルー（EB）’、‘アプリコットビューティー（AB）’と、ペレジーについて花粉および雌ずいの柱頭を顕微鏡下で観察し、A/cob型とB/pap型の株に区別した。また、以前より保有するシヌアータEB四倍体についても花型を調査し、いずれの系統もA/cob型であることを明らかにした。カスピア四倍体など、2022年度に開花に至らなかった株については次年度に開花次第、花型を調査する。
2022年度はシヌアータとペレジーを用いて異形花型間と種間における結実率の違いを調査した。同じ花型同士の受粉では結実が確認されず、一方、異なる花型間の交配では結実がみられた。また、種間であっても異なる花型間の交配では結実が観察された。現在、四倍体を用いた倍数体間での交配実験を行っている。

Strategy for Future Research Activity

紡錘糸形成阻害剤処理により新たな倍数体を作出する。ペレジーとシヌアータ、ラティフォリアとカスピアはそれぞれ同じ節に分類されていることを考慮して、ペレジーではシヌアータ四倍体作出で確立された紡錘糸形成阻害剤処理条件を、ラティフォリアではカスピアでの処理条件を参考にして効率的な倍数体作出に取り組む。得られた倍数体は開花後に花型を調査し、交配実験に供試する。
既に四倍体を得ているシヌアータとカスピアを中心に、スターチス類における倍数性が自家不和合性および交雑親和性に及ぼす影響を明らかにする。異形花型間、倍数体間、種間における交配実験を実施し、結実率を調査する。
倍数体間（二倍体と四倍体）の交配では、受粉・受精して一定期間が経つと胚乳崩壊により胚発達が停止することが想定される。受粉後、経時的に胚珠を取り出して培養し、胚乳崩壊と胚発達の関係性について検討する。種間での交配実験でも同様の観察を行う。これらの実験で得られた三倍体や種間雑種についてはフロサイトメーター分析などを通して倍数性と雑種性を確認する。