著者の所属・活動拠点の国は、ロシアです。

掲載誌：Frontiers in Plant Science

ライセンス: CC BY　対象: 公開論文　確認元: OpenAlex

研究の目的

トウモロコシのハイブリッド（一代雑種）種子を生産するには、自分の花粉を作らない「雄性不稔」の母親系統が必要です。その代表的な仕組みが細胞質雄性不稔（CMS）で、花粉ができない性質が核ではなく細胞質を通じて母親から子へ伝わります。著者らによると、CMSにはいくつかの型があります。T型はかつて米国のハイブリッドトウモロコシの最大85％を占めましたが、ごま葉枯病にかかりやすいことから使われなくなりました。S型は不稔が不安定です。これに対しC型は安定した雄性不稔を示し、収量を下げないとされます。

既存の優良系統をCMS型に変えるには、不稔の細胞質を持つ系統に優良系統を繰り返し掛け合わせ、優良系統の遺伝子を取り戻していく「戻し交配」が必要です。平均で5〜6世代かかり、畑で行うと何年もかかることが課題でした。研究チームは、温度や光を管理した栽培室で世代を早く回す「スピードブリーディング」の手順をトウモロコシ向けに作りました。そして、実際のハイブリッド品種（Rustark AP、Volya、Waterloo）の親であるもち性の母親系統V158wxとWF-9wxを、C型CMS（Charrua型）へ短期間で転換できるかを調べました。

何を、どのように調べたか

C型CMSの細胞質を提供する系統（stA264c/53c）を母親に、転換したい系統を父親にして、最初の交配を畑で行いました。WF-9wxでは、その後の戻し交配5回をすべて栽培室で行いました。V158wxでは1回目の戻し交配を畑で行い、続く5回を栽培室で行いました。栽培室での各世代では、最終世代を除き、受粉後の未熟な胚を取り出して培養し、種子の成熟を待たずに次の植物を育てる「胚培養」を組み合わせました。交配は雌穂と雄穂に袋をかけて手作業で受粉させ、受粉は最大3回繰り返しました。また2世代目以降は、雄穂の不稔の程度が最も高い株だけを交配に使いました。

研究チームは、各世代について、種まきまたは胚の取り出しから雄穂の開花・絹糸（雌しべ）の出現までの日数と、1世代の期間を記録しました。最終段階では、雄穂の状態の観察と、花粉を酢酸カーミンで染めた顕微鏡観察により、花粉ができていないかを確かめました。もち性かどうかは、種子の断面にヨウ素液をかけ、赤褐色（もち性）か青紫色（非もち性）かで判定しました。さらに、ゲノム全体のDNA多型を調べる方法（GBS）で、世代ごとに元の優良系統の遺伝的背景がどれだけ回復したかを推定しました。2025年にはロシア・クラスノダール地方の畑で、転換した系統と元の系統の不稔性や草姿、開花時期、雌穂の形、粒のタイプを見た目で比べました。

主な報告結果

栽培室で5回の戻し交配を、両系統とも13か月あまりで完了しました。期間はV158wx-Cで395日、WF-9wx-Cで406日でした。母親と父親の開花時期を合わせにくかったことや、胚培養の開始が遅れたことで約20日を失っており、これがなければそれぞれ375日、386日で済んだと著者らは見積もっています。栽培室での雄穂の開花は、種まきまたは胚の取り出しから平均52〜57日でした。絹糸は雄穂より平均2.0〜2.3日遅れて出て、1世代は平均79〜81.2日でした。胚培養では、取り出した胚の93〜100％が植物体に育ちました。

最終の栽培室世代では、両系統とも全株の葯がしなびて外に出ず、花粉はほとんど染まらず生きていないことが確認されました。元の系統の雄穂は正常に花粉を出しました。最終世代の種子は、元の系統と同じく、調べたすべてがもち性の反応を示しました。

GBSでは、元の系統と一致する割合がWF-9wx-CでF1世代の50.3％から戻し交配5回後の96.5％へ上がりました。V158wx-Cでは戻し交配1回後の86.7％から5回後の98.3％へ上がりました。畑での観察でも、転換した系統は花粉を出さない不稔性を示し、草姿、開花時期、雌穂の形、粒のタイプが元の系統と似ていました。

この報告が示すこと

著者らは、通常は何年もかかるCMS型への戻し交配による転換を、スピードブリーディングと胚培養を組み合わせて約1年あまりに短縮できたとしています。これは、扱いの難しいもち性トウモロコシで、実際に使われている育種家のハイブリッド親系統について行われました。著者らによれば、トウモロコシのCMS戻し交配転換にスピードブリーディングを応用した初めての実証です。作られた2つの不稔系統は、すでに工業的なハイブリッド種子生産に使える状態にあると報告されています。著者らは、同じ考え方がヒマワリやナタネ、イネなど、CMSを使ってハイブリッドを作る他の作物にも応用できる可能性があると述べています。

一方で、限界も挙げられています。遺伝的背景の回復率は、母親由来の組織が混じる種子をすりつぶして測ったため低めに出やすく、下限値として解釈すべきだとされています。また、この値は解析に使えた目印（マーカー）に占める割合で、ゲノム全体の物理的な割合ではありません。V158wxでは使えたマーカーがWF-9wxより大幅に少なく、ゲノム全体を代表する度合いが下がります。畑での不稔性と農業形質の評価は区画単位の見た目によるもので、株ごとの測定はしていません。さらに、栽培室の設備や強い照明の費用、2mを超える草丈に対応する空間、停電や空調故障で一世代を丸ごと失う危険、人手のかかる手作業と専門の人員が必要なことも、実施上の制約として示されています。

原著論文の著者・所属：Anna Pavliuchenkova（Department of Applied Genetic Technologies, All-Russia Research Institute of Agricultural Biotechnology, Moscow, Russia）、Dmitry Simonenko（Department of Applied Genetic Technologies, All-Russia Research Institute of Agricultural Biotechnology, Moscow, Russia）、Andrey Blinkov（Department of Applied Genetic Technologies, All-Russia Research Institute of Agricultural Biotechnology, Moscow, Russia）、Viktoria Voronezhskaya（Department of Applied Genetic Technologies, All-Russia Research Institute of Agricultural Biotechnology, Moscow, Russia）、Yana Meglitskaya（Department of Applied Genetic Technologies, All-Russia Research Institute of Agricultural Biotechnology, Moscow, Russia）、Kristina Petrova（Kurchatov Center for Genome Research, National Research Center “Kurchatov Institute”）、Nikolai Benko（LLC “Agroplazma”, Krasnodar, Russia）、Pavel Kroupin（Department of Applied Genetic Technologies, All-Russia Research Institute of Agricultural Biotechnology, Moscow, Russia）、Gennady Karlov（Department of Applied Genetic Technologies, All-Russia Research Institute of Agricultural Biotechnology, Moscow, Russia）、Mikhail Divashuk（Department of Applied Genetic Technologies, All-Russia Research Institute of Agricultural Biotechnology, Moscow, Russia）

※本記事は原著論文をもとに、日本語で要約・説明を加えた研究紹介です。 出典（原著論文）：Anna Pavliuchenkova, Dmitry Simonenko, Andrey Blinkov, et al. Speed breeding accelerates the conversion of waxy maize inbreds to C-type cytoplasmic male sterility for hybrid seed production. Frontiers in Plant Science（出版社：Frontiers Media） 2026-11-06. DOI: 10.3389/fpls.2026.1965720. 原著ライセンス：CC BY.