Breeding maize genotypes for fall armyworm (Spodoptera frugiperda Lepidoptera: Noctuidae) resistance through conventional approaches: A systematic review
PRISMA 2020ガイドラインに従った本系統的レビューは、サハラ以南のアフリカにおけるトウモロコシのツマジロクサヨトウ抵抗性に対する従来の育種アプローチを評価し、反復選抜や戻し交雑といった手法を通じた著しい進展を特定すると同時に、小規模農家の食料安全保障を維持するために対処すべき、資金やインフラの不足といった決定的な制約を浮き彫りにしている。
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サハラ以南のアフリカの広大な農耕地において、トウモロコシは単なる作物ではありません。それは日々の生活の基盤であり、数百万人もの人々にエネルギーを提供し、数億人の小規模農家の生計を支えています。何世代にもわたり、この食料供給の安定性は害虫によって脅かされてきましたが、2016年に新しく攻撃的な侵入者が到来しました。それが「Fall Armyworm（アメリカミズアオクササキバエの一種）」です。南北アメリカ大陸を原産とするこの昆虫は、アフリカ大陸を急速に移動し、トウモロコシの葉を食い荒らし、収穫量を40パーセント以上も減少させることがあります。農家たちは化学スプレーを用いて対抗しようとしてきましたが、これらの手法はしばしばコストが高すぎ、環境に有害であり、害虫が耐性を発達させるにつれて効果が薄れつつあります。遺伝子組み換え作物が規制や社会的障壁に直面している地域において、最も信頼できる前進への道は、植物そのものの中にあります。科学者たちは、一部のトウモロコシの品種が昆虫の攻撃に耐える自然な能力、すなわち「宿主植物抵抗性」と呼ばれる特性を備えていることを古くから知っています。この抵抗性は、植物を難攻不落の要塞に変える単一のスイッチではなく、むしろ、飢えた幼虫にとって植物を魅力的になくしたり、栄養価を低くしたりする、受け継がれた複雑な防御機能のセットであり、これにより植物は攻撃を受けても生き残り、穀物を生産することができるのです。
コンゴ民主共和国の大学の研究チームは、これらの自然な防御力を活用するための伝統的な育種法の進展をマッピングすることに着手しました。彼らは新しい遺伝子を発明したり、実験室での改変に頼ったりしたのではなく、代わりに、従来の育種がどのように使われて、Fall Armywormに耐えうるトウモロコシの品種を作り出してきたかを理解するために、既存の科学的研究の体系的なレビューを行いました。数千の研究からデータを収集・分析することで、彼らは熱帯および亜熱帯の条件下での抵抗性を目的とした育種に特化した44の主要な報告書を特定しました。彼らの研究は、課題は甚大であるものの、大きな進展が見られたことを裏付けています。研究者たちは、育種家たちが、害虫に対する抵抗力を持つために必要な遺伝的特性を備えた特定のトウモロコシ系統や集団を特定することに成功したことを見出しました。これらの抵抗性源は、多くの場合、アワノメイガのような類似の昆虫と戦うためにすでに育種されていたトウモロコシを調査することによって発見されました。これは、自然界がしばしば関連する問題に対して重複する解決策を提供していることを示唆しています。
この研究は、この抵抗性の遺伝的設計図が複雑であることを明らかにしています。単一の遺伝子によって制御される単純な形質とは異なり、Fall Armywormに対する抵抗性は、多くの遺伝子が共に働き、あるものは効果を積み上げ、またあるものはより複雑な形で相互作用することによって支配されています。この複雑さゆえに、研究者たちは、これらの形質を高収量品種へと移行させるためには、特定の戦略を用いる必要があることを見出しました。彼らは、どの組み合わせが最も強い次世代を生み出すかを確認するために、異なる植物を交配させるための注意深い計画である「構造化交配デザイン」に依拠しています。いくつかの手法は、多くの世代にわたって徐々に抵抗力を高めることに焦点を当てており、他の手法は、二つの異なる系統を交配させた際に見られる勢い（ヘテロシス）を利用してハイブリッド品種を作ることを目指しています。レビューでは、最も成功したプログラムは、これらの伝統的な交配法と、環境が植物の防御にどのように影響を与えるかという深い理解を組み合わせたものであることが強調されています。ある場所で害虫に耐性を示す品種が、降水量、気温、および被害の激しさによっては、別の場所では苦戦する場合もあります。
こうした成功にもかかわらず、前進への道のりには障害も存在します。研究者たちは、サハラ以南のアフリカにおける多くの育種プログラムが、資金不足、不十分なインフラ、そして専門家の不足によって停滞していると指摘しました。数千の植物を害虫に対してテストするための管理された環境を構築することは、労働集約的で費用がかかるものであり、多くの国家プログラムは、この作業に必要な施設を維持することに苦慮しています。さらに、初期の抵抗性種子を供給するために国際的なセンターに大きく依存しており、それが時として現地の農業条件に完全に適さない品種をもたらすこともあります。この研究は、遺伝的なポテンシャルは存在するものの、それを実現するためには、現地の研究能力を強化し、抵抗性をスクリーニングするためのツールを改善するための協調的な努力が必要であると示唆しています。
レビューは、従来の育種法が、アフリカにおけるトウモロコシを保護するための最もアクセスしやすく、持続可能な戦略であり続けると結論付けています。これは高価な技術や複雑な規制を必要としない手法であり、大陸を養う小規模農家に適しています。研究者たちは、最良の抵抗性系統を特定し、交配し続けることで、育種家たちがFall Armywormに対する保護と、農家が必要とする高収量の両方を提供する品種を開発できることを見出しました。この取り組みはまだ終わったわけではありませんが、このレビューで集められた証拠は明確なロードマップを提示しています。すなわち、抵抗性の複雑な遺伝学を理解し、それらをテストするために必要な人材と施設に投資することで、数百万人の食料供給を確保することは可能であるということです。サハラ以南のアフリカにおけるトウモロコシの未来は、自然の持つ防御力を、最も破壊的な害虫の一つに対する盾へと変えるための、これら着実で系統的な努力にかかっています。
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