Germplasm characterization and genetic structure of Ukrainian sweet cherry (Prunus avium L.) assessed by microsatellite and S-locus markers

ウクライナ南部の果樹園では、何世紀にもわたってサクランボが栽培されており、その果実は地元の主要な農産物であると同時に、国家の誇りの源ともなっています。これらの樹木は、種子から自然に生える野生植物ではありません。甘さ、大きさ、成熟時期といった特定の形質のために、世代を超えて選別されてきた、注意深く育種された品種（カルティヴァー）なのです。種子から育てられたサクランボの木は、親と同じ性質の果実を実らせないため、農家は特定の木から枝を採り、それを台木に接ぎ木することで、これらの品種を保存しています。このプロセスによって遺伝的なクローンが作られ、新しい木が元の木の正確なコピーとなることが保証されます。しかし、時が経つにつれて、名前が混同されることがあります。苗木でラベルが間違えられたり、一つの名前が誤って二つの異なる木に適用されたりすることがあるのです。このような事態が起こると、果実の歴史は失われ、コレクションの遺伝的なアイデンティティはパズルとなってしまいます。これらの樹木を保存しようとする科学者にとって、どの木がどれであるかを正確に知ることは、単なる記録管理の問題ではなく、新しい品種を育種し、適切な木同士を授粉させるために不可欠なことなのです。

最近、ある研究者が、果実育種の長い重要な歴史を持つ地域であるウクライナのサクランボ・コレクションに注目しました。彼らは、遺伝子バンクに保持されている94種類の異なるサクランボのアクセッション（個々の樹木または樹木のグループ）の真の身元を検証することを目的としました。科学者は、この謎を解くために主に二つのツールを用いました。第一に、各個体のユニークな遺伝的指紋として機能するマイクロサテライトと呼ばれるマーカーを使用して、樹木のDNAを調べました。第二に、ある木が他の木からの花粉を受け入れられるかどうかを決定するゲノムの特定の部分であるS遺伝子座（S-locus）を調査しました。サクランボにおいて、木は同じS遺伝子座のタイプを持つ自分自身や他の木を授粉させることはできません。そのため、この遺伝的コードを知ることは果樹園の管理において極めて重要です。ウクライナの樹木のDNAを標準化された欧州のデータベースと比較することで、研究者は数十年にわたる名称、親系統、および遺伝的関係に関する混乱を解消することを目指しました。

調査の結果、これらの樹木に付されたラベルはしばしば信頼できないものであることが明らかになりました。研究者が同じ名前を持つ樹木の遺伝的指紋を比較したところ、5つの異なる名前が、実際には同一ではない一対の樹木を指していることが判明しました。場合によっては、同じ名前を持つ二つの樹木は完全に異なる品種であり、時間の経過とともに混乱が生じた同名異義語のような状態になっていました。また別のケースでは、異なる名前を持つ樹木が、実際には互いに遺伝的なクローンであることが分かりました。これは、一つの品種が二つの異なるラベルの下で育てられていたことを意味します。さらに、一部の樹木はラベルの付け間違いによる繁殖品であり、ある品種の枝が誤って別の品種として接ぎ木され、ラベル付けされていたことも判明しました。これらの重複や誤認を修正した後、研究者の手元には90のユニークな遺伝的プロファイルが残り、コレクション内の実際の多様性をより明確に描き出すことができました。

最も驚くべき発見の一つは、「ドラーガンス・ゲルベ・クノルピルキルシェ（Drogans gelbe Knorpelkirsche）」と「デニセンス・ゲルベ・クノルピルキルシェ（Dönissens gelbe Knorpelkirsche）」として知られる二つの有名な黄身の品種に関するものでした。これら二つの樹木は、多くの現代的なウクライナ産サクランボの基礎となる祖先と考えられています。しかし、研究者は、現在ウクライナのコレクションの中で「ドラーガンス」とラベル付けされている樹木が、実際には「デニセンス」の遺伝的指紋を持っており、その逆もまた然りであることを発見しました。この取り違えはウクライナに限ったことではなく、欧州の参照コレクションでも同様の誤りが見つかりました。これは、世代を超えた繁殖を通じて受け継がれてきた広範な混乱であることを示唆しています。名前が入れ替わっていたものの、二つの樹木は遺伝レベル、特にそれらを異なる授粉グループに位置づけるS遺伝子座のマーカーにおいて、依然として区別されるものでした。つまり、名前は入れ替わっていたものの、本来の創始者の実際の遺伝物質は、誤ったラベルが付いた状態で保存されていたのです。

また、本研究は多くのウクライナ産栽培品種の親系統についても明らかにしました。研究者は、子孫の遺伝マーカーを記録された親と比較することで、いくつかの家系図を裏付ける一方で、他の家系図については否定しました。例えば、「ドラーガンス・ゲルベ・クノルピルシェ」という品種が実際に17のアクセッションの親であることを確認し、地域の育種の歴史における主要な創始者としての役割を証明しました。しかし、有名な品種である「ヴァレリー・チャカロフ（Valerii Chkalov）」は、重大な混乱の源であることが判明しました。記録では多くの樹木がその子孫であるとされていましたが、研究者は参照用となる真正な「ヴァレリー・チャカロフ」の樹木を一つも見つけることができませんでした。代わりに、一つの名前の下で二つの異なる遺伝的樹木が繁殖されていることが分かりました。一方のバージョンはメリトポリの育種プログラムの樹木と互換性があり、もう一方の異なるバージョンはバフムトのプログラムで使用されていました。この発見は、多くの記録された「ヴァレリー・チャカロフ」の系譜が、実際には二つの異なる未特定樹木に基づいていることを意味しており、家族の歴史をこれまで考えられていたよりも複雑なものにしています。

個々の樹木の具体的なアイデンティティを超えて、本研究はウクライナのサクランボ・コレクション全体の遺伝的構造を描き出しました。分析の結果、育種の歴史は、新しい栽培品種を生み出すために繰り返し交配された少数の創始者品種に大きく依存しており、狭い基盤の上に築かれていることが示されました。コレクションには現代的かつ初期選抜の多様な品種が含まれていますが、遺伝的多様性は主にこれら少数の祖先に形作られています。また、本研究は、この地域における既知の遺伝的データを拡張し、これまで記録されていなかった33の栽培品種のS遺伝子座のタイプを特定しました。この情報は生産者にとって極めて重要であり、互換性のある授粉者を組み合わせることで、収穫を成功させることを可能にします。

この研究は、植物コレクションを管理するすべての人にとって極めて重要な教訓を提示しています。研究者は、ラベルに書かれた名前だけでは樹木のアイデンティティを保証するには不十分であると結論付けました。保存を効果的なものにするためには、記録が歴史的な文書だけでなく、個々の樹木そのものと結びついていなければなりません。紛争や境界線の変化によってコレクションが危機にさらされている世界において、すべての樹木に対して検証済みの遺伝的プロファイルを持つことは、たとえ元のラベルが失われたり誤っていたりしても、その素材を認識し回収できることを保証します。ウクライナのデータを欧州の基準に合わせ、長年の誤りを修正することで、本研究は、この地域のサクランボの育種と保存の未来に向けた信頼できる地図を提供しているのです。