Genotype × environment interaction, adaptability, and stability of soybean genotypes in a new production region of Brazil

技術要約：ブラジルの新生産地域における大豆遺伝子型の遺伝型×環境相互作用、適応性、および安定性

問題提起
ブラジルにおける大豆（Glycine max）生産は、機械化栽培に適した30万ヘクタール以上の面積を有するリオデジャネイロ州の北部および北西部といった、新たな農業フロンティアへと拡大している。しかし、大豆遺伝子のパフォーマンスはエダフィック・クライマティック（土壌・気候）条件に強く影響されるため、顕著な遺伝型×環境（G×E）相互作用が生じる。安定性と適応性を評価するための混合モデル（REML/BLUP）などの統計的手法は確立されているものの、リオデジャネイロ州の新たな生産地域特有の条件下における大豆遺伝子型のこれらのパラメータを扱う研究は不足している。このギャップが、推奨品種の正確な選定および生産戦略の最適化を妨げている。

方法論
本研究では、8種類の中間商業用大豆遺伝子型（95R95IPRO、BMX COMPACTA IPRO、BRS 7780IPROなどの品種を含む）を、5つの異なる環境下で評価した。これらの環境は、2つの地点（カンポス・ドス・ゴイタカゼスおよびマカエ）と2つの栽培シーズン（2019/2020年および2020/2021年）の組み合わせによって定義された。実験には、4反復の乱塊法を用いた。

データ解析は、Selegen REML/BLUPソフトウェアを用いて実施された。分散成分と遺伝型値を推定するために、線形混合モデル（$y = Xr + Zg + Wi + e$）を用いた。算出された主な統計パラメータは以下の通りである：

• 分散成分： 遺伝型分散（$\sigma^2_g$）、G×E相互作用分散（$\sigma^2_{ge}$）、および残差分散（$\sigma^2_e$）。
• 遺伝パラメータ： 遺伝型平均に基づく遺伝率（$\hat{h}^2$）、選抜精度（SA）、および環境間の遺伝型相関（$\hat{r}_{ge}$）。
• 選抜指標： 収量、安定性、および適応性を評価するため、本研究では、収量の遺伝型値の調和平均（HMGV）、遺伝型値の相対的パフォーマンス（RPGV）、および収量・安定性・適応性を同時に選抜するための遺伝型値の相対的パフォーマンスの調和平均（HMRPGV）を利用した。

主な結果

• G×E相互作用： 有意かつ支配的なG×E相互作用が検出され、これは粒実収量の表現型分散の約80%を占めていた。環境間の遺伝型相関は極めて低く（$\hat{r}_{ge} = 0.01$）、これは環境によって遺伝型の順位が大きく変動することを示している。
• 遺伝パラメータ： 環境要因の影響と強いG×E相互作用に起因して、粒実収量の遺伝率（$\hat{h}^2 = 0.03$）および選抜精度（SA = 0.18）は低い値を示した。実験の変動係数（CVe）は10.76%であり、大豆試験の許容範囲内に収まった。
• 遺伝型のパフォーマンス：
  • 総合収量： 総合平均粒実収量は3,281.15 kg ha⁻¹であった。
  • トップパフォーマー： 95R95IPRO、BMX COMPACTA IRO、および TMG7061IPRO は、一貫して優れたパフォーマンスを示した。
  • 安定性と適応性： HMRPGV法により、95R95IPRO、BMX COMPACTA IPRO、および TMG7061IPRO が、収量、安定性、および適応性を同時に満たすトップ3の遺伝子型として特定された。
  • 特異的な利得： 相互作用を含まない値（interaction-free values）を考慮した場合、遺伝子型 95R95IPRO は一般平均に対して最高の遺伝的利得（13.82 kg ha⁻¹）を示した。
  • 環境特異性： 特定の環境（E2、E3、E4など）で優れた成績を収めた遺伝子型（例：BRS 7780IPRO）が存在する一方で、HMRPGVによって特定されたトップ3の遺伝子型は、テストされた多様な条件下で高いパフォーマンスを維持した。
  • 収量の比較： マカエ地域のトップパフォーマンスを示す遺伝子型は、2023/2024年収穫の全国平均収量（3,202 kg ha⁻¹）を上回り、特定の有利な環境下では6,000 kg ha⁻¹を超えるものもあった。

意義と主張
本論文は、観察された顕著なG×E相互作用により、この新地域における品種推奨において、平均的なパフォーマンスのみに頼るのではなく、混合モデル（REML/BLUP）と安定性および適応性指標（HMGV、RPGV、HMRPGV）を組み合わせたアプローチを用いる必要があると主張している。

本研究は、95R95IPRO、BMX COMPACTA IPRO、および TMG7061IPRO が、リオデジャネイロ州北部における広範な適応性と安定性のための必要な遺伝的可能性を有していることを強調している。これらの遺伝子型は、育種プログラムおよび対象地域での栽培のための有力な候補として提示されている。著者らは、平均的なパフォーマンスも重要であるが、複雑な環境相互作用を特徴とする地域での遺伝的改良と品種導入を成功させるためには、HMRPGV法によって検証された「環境を横断した遺伝子型の発現の一貫性」が極めて重要であると強調している。これらの結果は、ブラジルの新たな大豆フロンティアにおける遺伝子型選抜戦略を支援する上での、これらの統計ツールの有用性を裏付けるものである。