WiDiPo: A Collection of Wild Diploid Potato for Enhancement of Breeding Germplasm

ジャガイモを、フライドポテトにもマッシュポテトにもチップスにもなれる、非常に多才な世界的スーパースターとして想像してみてください。しかし、この料理界の有名人の裏側には、遺伝的な危機が潜んでいます。今日私たちが食べているほとんどのジャガイモは、まるで同一の双子の合唱団のようです。それらはすべて同じ4組の染色体を共有しており、その家系図は非常に小さな一団の祖先にまで遡ります。この多様性の欠如は危険です。もし、あるジャガイモを打ち負かすことができる新しい病気や虫が現れたら、おそらくそれらはすべてを打ち負かすことができるでしょう。しかし、自然界には巨大なバックアップ・ライブラリが存在します。アメリカ大陸の山々や砂漠に散らばる野生のジャガイモの従兄弟たちは、極限環境の中で生き延びるために、独自の「スーパーパワー」を進化させてきました。これらの野生の親戚は、虫と戦うための遺伝子、腐敗に抵抗する遺伝子、過酷な天候を生き抜くための遺伝子といった、遺伝的な「道具」が入った宝箱のようなものです。問題は、長い間、科学者たちがこれらの野生の従兄弟たちを「ミステリーボックス」のように扱うことで利用しようとしてきたことです。彼らは野生の種子の袋を手に取り、それを植え、当たりが出ることを祈るだけでした。しかし、その袋の中のすべての種子が異なる個体であり、異なる遺伝的混合物であるため、それは、見るたびに形を変え続ける針を探す中で、特定の針を見つけようとするようなものでした。

ここで、新しいアプローチが登場します。それは、これらの野生のジャガイモを「ぼやけた群衆」としてではなく、「特定の既知のプレイヤーのロースター（名簿）」として扱う手法です。アメリカ農務省（USDA）の研究チームは、「WiDiPo」（Wild Diploid Potato：野生二倍体ジャガイモ）と呼ばれる特別なコレクションを作成しました。これは、ミステリーボックスを詳細なビデオゲームのキャラクター選択画面に変えるようなものです。混合された種子の袋の代わりに、彼らは10種類の野生種からなる200以上の個別のジャガイモ・クローンを分離しました。それぞれに名前を与え、DNAをマッピングし、どのようなスーパーパワーを持っているかを正確に把握するために、厳格な「トレーニングキャンプ」を実施しました。目標は、ブリーダーが現代の栽培種ジャガイモとチームを組むのに最適な「野生のヒーロー」を選びやすくし、より強く、より美味しく、未来に備えた新しい品種を作り出すことです。

WiDiPo コレクション：ジャガイモ・ヒーローのロースター

研究者たちはまず、栽培種ジャガイモの二倍体バージョンと「互換性」のある10種類の野生種ジャガイモを選択しました。彼らは単にランダムに種子を拾ったわけではありません。各種から特定の「アクセッション」（特定の場所からの種子のグループ）を10個ずつ選び、合計100の開始グループを用意しました。そこから個々の植物を育て、最も優れたパフォーマンスを示すものを選別しました。最終的に、彼らは200以上の個別のクローンからなるライブラリを構築しました。

なぜこれほどまでの手間をかけるのでしょうか？ それは、野生のジャガイモは「厄介」だからです。野生植物からの単一の種子の袋には、数十種類の異なる遺伝的個体が含まれています。もしその袋を病気耐性のためにスクリーニングしたとしても、ある年には耐性のある植物が見つかるかもしれませんが、同じ袋から次世代を育てると、種子が同一ではなかったために耐性が消失してしまうかもしれません。これらの植物を分離し、クローン化（正確な遺伝的コピーを作ること）することで、WiDiPoコレクションはその形質を固定します。これにより、ブリーダーは「初期疫病に耐性のあるジャガイモが必要だ」と言えば、どのWiDiPoクローンがその力を持っているかを調べ上げることができ、もはや推測する必要がなくなります。

トレーニングキャンプ：スーパーパワーのテスト

チームは、これらの200以上のクローンを、それらが何ができるかを確認するために一連の激しいテストにかけました。彼らは、病気耐性、害虫耐性、繁殖能力、そして遺伝的構成という4つの主要な領域を調査しました。

1. 病気との戦い（初期疫病と疫病）
ジャガイモは常に菌類による攻撃を受けています。2つの大きな悪役は、初期疫病（Early Blight）と疫病（Late Blight）です。疫病はアイルランドのジャガイモ飢饉を引き起こしたのと同じ菌であり、農場全体を壊滅させることがあります。初期疫病は一般的な葉の病気であり、作物の品質を低下させます。

• 調査結果: 耐性は種内でも大きく異なることが分かりました。いくつかのクローンは完全な弱者でしたが、他のものは戦車（タンク）のように強固でした。
  • 初期疫病: Solanum raphanifolium という種は際立っており、多くのクローンで一貫した耐性を示しました。S. microdontum や S. brevicaule といった他の種は、非常に強い耐性を持つクローンと非常に弱いクローンが混在していました。興味深いことに、S. infundibuliforme はこの病気に対してほぼ普遍的に脆弱でした。
  • 疫病: こちらの耐性を見つけるのはより困難でした。S. berthaultii、S. microdontum、S. verrucosum にはいくつかの強力な防御者が見られましたが、ほとんどの種は初期疫病よりも疫病に対して脆弱でした。驚くべきことに、S. raphanifolium も疫病に対して高いレベルの耐性を示しました。これは、これまでこの特性については知られていなかったため、予想外の結果でした。

2. 腐敗と虫の防衛者
ジャガイモは畑で腐るだけでなく、貯蔵中にも腐ります。多くの場合、軟腐病（soft rot）と呼ばれる細菌によるものです。また、ジャガイモを丸裸にするほど貪欲な昆虫、コロラド・ポテト・ビートル（CPB）の脅威にもさらされます。

• 軟腐病: チームは、塊茎が細菌による腐敗にどの程度耐えられるかをテストしました。非常に幅広い結果が得られました。再び、S. infundibuliforme と S. kurtzianum が最も感受性が高く（腐りやすく）、他の種は強い耐性を示しました。
• コロラド・ポテト・ビートル: ここで事態は興味深い展開を見せました。研究者たちは、菌類との戦いには極めて弱かった種が、実は虫との戦いには非常に優れていることを発見しました。S. kurtziana と S. infundibuliforme は、疫病や腐敗には弱かったものの、ビートルによる被害はほとんど受けませんでした。逆に、疫病に対するチャンピオンである S. raphanifolium は、ビートルによって最も大きな被害を受けました。これは、ある敵との戦いに長けていることが、必ずしも別の敵との戦いに長けていることを意味しないことを示唆しています。

3. 生殖のチェック
これらの野生のジャガイモを育種に使用するためには、彼らが「子供を作る」能力を持っている必要があります。ほとんどの野生のジャガイモは「自家不和合性」であり、つまり自分自身で受粉できず、パートナーを必要とします。

• 調査結果: テストされた163株のうち、40株が自家受粉して果実を生産することができました。これはブリーダーにとって金鉱です。なぜなら、自家受粉が可能な植物は扱いやすいためです。S. verrucosum は最も自家受粉能の高い個体（22株中18株）を持っていました。一方、S. infundibuliforme と S. raphanifolium には全くありませんでした。チームはまた、これらの植物が栽培種ジャガイモと交配した際に、母体または父体として機能できるかを確認しましたが、多くが両方の役割において繁殖可能でした。

4. 遺伝地図
最後に、チームはこれらのクローンのDNAをシーケンシングし、それらがどのように関連しているかを確認しました。彼らは、10万以上の遺伝マーカーを調べるために、シーケンシングによるジェノタイピング（GBS）という手法を用いました。

• 調査結果: 遺伝地図は、これらの種がどのように関連しているかについて科学者がすでに知っていたことを主に裏付けました。しかし、彼らはいくつかの「混合」した個体を発見しました。例えば、遺伝的に S. chacoense とラベル付けされた一部の植物は、S. berthaultii に似ており、その逆も同様でした。これは、野生下ではこれらの種が時として交雑し、ハイブリッドを生み出していることを示唆しています。データはまた、WiDiPo コレクションが非常に幅広い遺伝的多様性を捉えていることも裏付けました。これはまさに、ブリーダーが必要としているものです。

なぜこれが重要なのか

この論文は、野生のジャガイモを使用する従来の方法――それらを一般的な種子のプールとして扱うこと――は非効率的であることを示唆しています。個別の、クローン化され、完全に特性化された植物のコレクションを作成することで、WiDiPo プロジェクトは野生のジャガイモを精密なツールへと変貌させました。ブリーダーは今やデータを見ることができ、「クローンX」は初期疫病への耐性を持ち、かつ自家受粉が可能であることを確認できれば、自分が何を手に入れているのかを正確に知ることができるのです。

研究者たちはまた、これらの野生のクローンに見られる耐性が受け継がれることも示しました。抵抗力のある野生のクローンと栽培種ジャガイモを交配した際、その子孫は耐性を継承しました。これは、これらの野生の遺伝子が単なる理論上のものではなく、次世代においても機能することを証明しています。

要約すれば、WiDiPo コレクションは架け橋です。それは、野生の、手つかずの遺伝的可能性を持つジャガイモの従兄弟たちと、信頼できる高収量な作物への現代のニーズとを結びつけます。これはすべての問題を解決するわけではありません。一部の種は依然として扱いにくく、野生での遺伝的混合は複雑ですが、次世代のジャガイモ育種のための明確で整理された出発点を提供しています。データは現在公開されており、あらゆる科学者やブリーダーが、未来の食糧を支えるためのこれらの「道具」にアクセスできるようになっています。