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浦上 財 団研 究報 告 書Vol.7(1999)

ニ ンニ クの種子 繁殖 系統 に関す る研 究衛

藤威臣(鹿 児島大学農学部教授)

こ こで は,種 子 豊産 系統探索 のた め,ニ ンニ ク
1.はじめ にの 二次起源 地 とされ る地 中海沿 岸地域 の うち唯一,

ニ ンニ ク は重 要香辛 料作物 であ るが,野 菜 とし

抽 だい系統 の存在 が知 られて いるスペ イ ン ・ポルて も重要 で,世 界各地 で生産 ・消費 されて いる。

トガル地 方で材料 を収 集 し,そ れ らの稔 性 を調査

世界 的 に見れ ば,日 本 の重要 野菜で あ るネギ等 よす る と共 に,雄 性 不 稔 性 と遺 伝 的 に関 連 す るり重要 で,ネ ギ属作物 のな かで はタマネ ギに次 ぐ

DNAマ

生 産量 を誇 る。 しか し,重 要であ るに も拘 わ らず

更 に,稔 性 系統 の雌性 器官の機 能調査 を試 みた。

ニンニ クは作物 として大 きな欠点 を有 してい る。
2.材ー カー(RAPDマー カー)の 探 索 を行 い,料 と方 法

不 稔で種 子形成 で きないた め,交 雑 育種 が不可能な点で ある。 第二 の欠点 として,球 根 による ウイ

スペ イン ・ポル トガル在来 系統 は1996年 夏,現ルスの継 代汚 染が挙 げ られ る。ニ ンニ クは球根 に地 で収 集 した。 従来 か らの収 集系統 を含 めて,供よる栄 養繁殖 のた め,通 常,種 子 繁殖植物 で は問試 材料 のニ ンニク は鹿 児島大 学の実験 圃場 で同年

題 とならな い球根 のウ イルス継代 汚染が 年々深 刻

秋 か ら栽培 に供 され,実 験 に用い られた。 稔性 をな もの とな りつつ ある。 そのた め,種 球 の確保 が含め た生態調査 は1996年 か ら1998年 にか けて行 っ

困難 とな り,ニ ンニク生産 その もの も低 迷す る結た。 これ らの系 統 は稔性 確認 の ため のRAPDマ果 となって い る。 この ウイル スの継代汚 染の問 題

ー カ ー も適 用 した。DNAはは茎頂 培養 に よるウイル スフ リー株作 出に よってンチ で打 ち抜 き,微 量 抽 出す る簡 易法(Honget

解決可 能 とな ったが,栽 培 す る畑 での再 汚染 の問al.1997)に題が残 され てい る。

た。 なお,PCRでニ ンニ クは完全 不稔の代 表的作 物 として知 られ

従 い,PCRに若 い葉 を リー フ パ用 いてRAPD解はOperonのOPJ‑12プー(5'‑GTCCCGTGGT‑3')を析 し
ラ イマ用 いた。 また,核稔 性 で種 子 を形 成 す型分 析は根端 細胞 を塩基性 フ クシンで染色 す るホる個体 を発 見 し,更 にその後,推 定一 次起源地 でイ ルゲ ンお しつぶ し法 によ った。 稔性及 び生態 にあ る中央 アジ アを二度 にわた り探 索 し,多 くの稔

関 して は収 集 した 全55系 統につ いて調査 を行 い,性系 統 を見 出 した。 また,材 料収 集 の過程で,育RAPDマ

種上 非常 に有利 な雄性不 稔個体 を発見 した。 これ

系統 にっ いて行 った(Table1,4)。て いた が,Etoh(1983)はー カー 適用 と核 型 分析 は,そ の うち30らの育種素 材 を用いて,以 後,実 用的 な種子 繁殖

雄 性不稔性 に関 して供 試 した材 料 はTable2に系統 作出 を試 みてい るが,い くつか の阻路 が有 る。
一 っは種子 豊産 系統が 未だ見 出 され ていな い事で示 した。No.200及 びF316は 過去 の調 査で 雄性 不あ り,他 の一 つは種子形 成の 少な い原 因が不 明なびRAPDマ

点 であ る。

(1997)の 方 法 に従 った。PCRで稔 性 と確 認 されて いる系 統で ある。DNA抽出及ー カ ー 探 索 の 方 法 はHongetal.
ス ク リー ニ ンニンニクの種子繁殖系統 に関する研究

91TablelSow‑ce.flower‑budformation,RAPDmarkersrelatedt〔,p()lienfertility(HongetaL1997)acidwintergrowthofIberiangarlic

グした プラ イマー はTable3に示 した。

れ た球根 の内部 には,珠 芽 の み着性 した短 い花 軸雌 性生 殖器官 であ る胚珠 の機能調 査 は成 熟 したが観 察 されたの で,す べ て不完 全抽台 系統 と考 え

花芽 内部 の胚珠 細胞 の構造観 察に よった。 材料 はられた。従 来収集 され た不 完全抽 台系統 はすべ て

稔 性 系統 の ニ ンニ クで,固 定 ・染 色 等の 方 法 は不稔 だ ったので,こ れ らも不稔 系統 と推 定 され た。

Herr(1982)に

従 い,ノ マ ル スキ ー微 分 干渉 顕しか し,鹿 児島 の 日長 は これ らイベ リア半島 産

微鏡 で,胚 珠の 発達 と成熟期 にお ける8核 の有無の ニンニ クの抽台 に不足 した事 も考 えられ るの で,を観 察す る ことを試み た。

1997年 秋 に再度,材 料 を植 え付 け,冬 季 に葉 のDNAを

3.結果 と考察

3.1ス

ペ イン ・ポル トガル在来 系統 の稔性抽出 して,新 た に見 いだ されたニ ンニ クの稔性 に関 連す るRAPDマ

1996年 夏 に現地 で収集 した抽 台及 び不完全 抽台ーカー(Hongetal.

1997)で 稔性 検定 を行 った。 プライマー は材料 と方法 で述べ た通 りで,稔 性 と関連 するマ ーカー は系統 は,同 年秋 に鹿児 島で植 え付 けられた,翌 年

OPJ‑12,3。oとOPJ‑1217。
。(Hongetal.1997)で春 まで順調 な生育 を示 したが,い ずれ の系統 も夏っ たが,ス ペイ ン ・ポル トガル在 来系統 に稔性 のに至 る まで 花芽 を分化 する ことな く,ま た花軸 がマー カー は全 く検 出され なか った(Table1)。

抽出 する ことな く,枯 死 した(Table1)。って,こ れ らの系統 が不稔 であ るこ とは,ほ ぼ確

収穫 さあ従92

浦上財団研究報告書

Vol.7(1999)

Table2Floristiccharactersingarlicclonessc!'eenedforRAPDmarkers

Table3RAPDprimersusedforscreeningmalesterilegarlicclones(OperonTechnologies)

ニ ンニ クの種f殖

93系 統 に関 す る研究

Table4KaryotypesofthegarlicclonescollectedinSpainandPortuga1

はや や長 い中部染色 体,2対(4本)のや や長 い

次中部 付随体 染色体,及 び1対(2本)の中部染 色体 を有 し(Fig.1),体短い次細胞染 色体 の基本

核型 は次の様 に表 される(Etoh1985)。
FiglIdiogramofthebasickar}rotcpeingarlic(Etoh1980

K(2n)=IOm十2smisc十2sm2sc十2sm

過去,報 告 され たニ ンニ クの核型 の多 くは,こ実 にな った。恐 ら く,起 源地で あ る中央ア ジアかの基本 核型 で表 され るが,こ の核型 か らの派生 型

ら非 常に離 れて位 置 し,乾 燥 して冬暖 かな スペイ

若 し く は変 異 型 も多 く見 られ る(Etoh1985,ン ・ポル トガルで は,ニ ンニ クは生殖 生長 よ り栄1996)。 しか し,稔 性 系統 の核 型 は常に基 本核 型

養生長 が旺盛 で,球 根形 成にす ぐれ る系統 のみ伝であ った(Etoh1983,1996,Hongetal.2000)。

播 したか,そ れ らが結果 として選抜 されて いった

また,稔 性 系統 は減数 分裂で常 に8個 の二価染 色

かの,ど ちらかで あ ろう。

体 を形成 した(Etoh1996)が,こニ ンニ クの16本 の染色体 は,10本 の 長い若 し く

こで供 試 した

スペ イン ・ポル トガル 在来系統 は花芽 を形成 しな

94

浦 上財 団研 究 報告 書Vol.7(1999)

いので,こ こでは核型 か ら可 稔 ・不 稔 を推 定す る果,No.200及

こ ととした。核 型分析 の結果 はTable4に的 な バ ン ドは検 出 出来 な か っ た。 しか し,No.

示 した。

スペ イン ・ポル トガル在来 系統で は基本核 型 を示

びF316の 雄性 不 稔系統 に だ け特異

390‑2及 びF494を 含 め た4系 統 にだ け特 異的 に現す系統 は少 な く,基 本核型 か らの派 生型若 しくはれ な い バ ン ドが 見 い だ され た。No.390‑2及 び変異型 が多 く見 られ た。 これ まで の観察 結果か ら,

F494は 稔性 花粉 は生 じな いが,子 房 の肥 大 は観

この 基本 核 型か らの派 生型 若 し くは変 異型 が 見察 され た系統 であ る。 これ ら2系 統 は開花期 が稔られ る系 統 は不 稔 で あ る こ とが 判 明 して い る性 系統 よ り早 く,稔 性 の花粉 を受粉 出来ず,従 っ(Etoh1985,1996)。

それ らは生 殖成長 を全 く行て種子 形成が確 認 されてい ないた め雄性不 稔が未わず,栄 養成 長 を永年続 けた結果 だ と考 え られ るだ確認 で きていな い系統で ある。 しか し,開 花後,が,供 試材料 の スペイ ン ・ポル トガル在 来系統 も暫 く子 房肥大 する こ とは観 察 され てい るので,雄不稔 であ るこ とが推 定 された。

性 不稔 であ る可能性 が非常 に高 い系統で ある。 こスペイ ン ・ポル トガ ル在 来系 統は生育 の面 か ら

れ ら4系 統 にだ け現 れな い特 異的 なバ ン ドが見 いも,不 稔系 統 と同 じ生態 を示す こ とが 明 らか となだ され た(Table2)が,プった。過去,収 集 され た稔性系 統は全 て冬季 に葉で位 置 は600bp付 近 だ った ので,OPE‑09,。 。と名

ラ イマ ー はOPE‑09

は生 育 を停 止 し,地 に這 う葡旬性 を示 した。冬 季,付 けた。雄性 不稔個体 にだ け現れ ないマ ーカー が葉 が 立 性 を 示 し た 系 統 は全 て 不 稔 で あ っ た

あ り得 るか否 か は論 議の ある点で あるが,今 後,(Etoh1986,HongandEtoh1996)。

実験 を重ね る ことで雄性不 稔 と真 に関連 があ るあ

収 集 された

スペイ ン ・ポ ル トガル 系統 も冬 季 に葉 の生育 は停止 せず,立 性 を示 した(Table1)。

不 稔で ある こるか を詰 めてゆ きたい。
試 みに,こ のマ ーカー を前述 の不稔 と判 定 された スペイ ン ・ポル トガル在 来30系 統に適 用 した ととが,こ の点 か らも推 察 され る。
以 上の 結果 か ら,収 集 され たスペ イン ・ポル ト

ころ,全 てに検出 された。 少 な くとも不 稔の 系統

ガル在来 系統 は全て不 稔で ある ことが明 らか となには常に検 出 され るので あろ う。 また,イ ベ リアった。 これ らの系統 はスペ イン,ポ ル トガルの ジ

半 島産の ニンニ クの中 には雄性不 稔系統 す らないーンバ ンク(遺 伝子銀 行)を 通 じて収 集 した ものことが推 察 され る。

であ り,い ず れ もニ ンニ クあるい はネギ属 の専門

3.3雌家に よって収 集 され た もの であ る。 彼 らによれ ば,

雌 性生殖 器官 は材料 と方法 で述べた 実験方法 及

イベ リア半島 に は他 に抽台系 統は存 在 しない とのびその修正 方法 で試み たが,1998年 夏 に形成 され性生殖 器官 の機能調 査

こ とで ある。 従 って,イ ベ リア半島 には稔性 のニた稔 性系 統の花芽 で は,全 く観 察出来 なか った。

ンニ クが全 く存在 しない こ とが明 らか となった。

手 法 ・技術 に問題 が あったの か もしれ ない。 その従 来の 研究(EtohetaI.1992)も併 せて考 察す るため,今 年,1999年 になって,ダ イ コン,タ マネと,ニ ンニ クの2次 起源地 とされ る地中海 沿岸地

ギの花芽 等 を用 いて手法 ・技術 の完成 に努 めた と域 に は,全 く稔性 のニ ンニクが存在 しない こともころ,よ うや く胚 珠の 内部の核 な どが 観察 出来 る
よ うになって きた。 ここで は期 日の関 係で報 告出

明 らか とな った。
3.2雄性 不稔 と関連 するRAPDマーカーの探索

来 ないが,1999年 夏の ニンニ クの花芽 の雌性 生殖

雄性不 稔,稔 性,不 稔 を含 め30系 統 に64種類 の器 官の観 察 は恐 ら く可能 にな る もの と期待 してい

10塩基 プラ イマー を適用 した(Table3)。

その 結る。

ニ ンニ クの種 子繁殖 系統 に 関す る 研究文4.おわ りに95

献1)Etoh,T.(1983)Germinationoftheseedsobtained

ニ ンニ クの種子 繁殖 系統の変異 幅の拡 大 と種 子

fromacloneofgarlic,!1〃iunts召!'♂

・1〃nL.Proc.Japa11.

Acad.,59B(4):83‑87

豊産 系統探 索の ため,ス ペ イン ・ポル トガル在 来系統 を収集 したが,イ ベ リア半 島産の ニンニ クに稔性 の種子 繁殖系 統 は存 在 しなかった。 この結 果2)Etoh,T.(1985)Studiesonthesterilit}‑ingarlic,!1〃 〃〃rsatrtvrrnL.Mem.Fac.Agri.KagoshimaUniv.,21:
r7‑132
3)Etoh,T.(1986)Fertilityofthegarlicclonescollected

か ら考 えて,ニ ンニ クの2次 起源 地 とされ る地 中
海沿岸 地域 に種子 繁殖系 統が存在 しない ことが推察 される。 また,種 子繁 殖系統 の育種 に非常 に有効 な雄性不 稔 と関連 す るDNA(RAPD)マーカー を探 索 した ところ,恐 ら く雄性 不稔個 体だ け現
れな いマー カーが検 出 された。 ニンニ クの雌性 生
殖器官 の機能 は手法 が不 的確で あった こ ともあ り

inSov{etCentralAsia.J.Jap.Soc,Hort.Sci..55(3);312‑319‑1)Etoh,T.,T.Johjimaand¥.Jlatsuzoe(1992)Fertile
garlicclonescollectedinCaucasia.Proc.International
SS‑mposiumTheGenusAllium‑TaxonomicProblemsand
GeneticResources,49‑54
5)Etoh,T.(1996)CytogeneticsIIIgarlic.Proc.Interna.
tionalSymposiumBreedingResearchonMedicinaland
AromaticPlants.108‑115

1998年 に観察 で きなか ったが,手 法改良 に努 めた
結果,1999年 の材料 で は観 察可能 とな りつつ ある。

6)Herr,J.1.(1982)Ananal}‑sisofmethodsforperma‑
nentlymountingovulesclearedinfour‑and‑a‑halftype
clearingfluids.StainTech..57(3):161‑169

上記 の一連 の研究 は研 究室の大 学院生 の力 によ7)Hong,C.‑j.andT.Etoh(1996)Fertileclonesofgarlic(Alliu〃zsatirr〃uL)abundantaroundtheTienShan

る ところが大 きか った。渡 邊英城,洪 重健 の両君:Mountains.BreedingScience.46:349‑353に心か ら感謝 した い。 また,こ の 研究 に十 分 な助

8)Hong,C.」.,T.Etoh,B.LandryandN.Matsuzoe(1997)

成 金 を御 援助 戴い た浦上食 品 ・食 文化振興 財団 に

RAPDmarkersrelatedtopollenfertilityingarlic

心 か ら感 謝 申し上 げたい。

(A〃〃〃2satie,assnL.).BreedingScience,47:359‑362

9)Hong,C.‑j.,H.Watanabe,T.EtohandS.Iwai(2000)
Comparisonofgarlicclonesbet≪‑eenthecenteroforigin
andthewesternmostareaofdistribution.Mem.Fac.
Agri.KagoshimaUnix‑.,36(inprint)

96

URAKAMIFOUNDATIONMEMOIRSVol.7(1999)

StudiesonGarlicClonesCapableofSeedProduction
TakeomlEtoYl(FacultyofAgriculture,KagoshimaUniversity)

Garlic,A〃Z?〃nsativurnL,isawell‑knowncondimentplantandvegetablecrop,butit
ispropagatedvegetativelybybulbs.Becauseofvegetativereproduction,garlicwasnot
bredbycrossing,andvirustransmissionthroughbulbsisabigproblemforthegarlic
growers。TheauthordiscoveredseveralfertilegarlicclonesonlyinCentralAsia,thecenteroforigin,in1983andthefollowingyears.However,thoseclonesdonotproduce
enoughamountsofseeds.Inordertosearchmorefertileclones,thegarliccloneswerecollectedinIberianPeninsula.Spainofthispeninsulaistheonlyonecountryofthe
Mediterraneanareathatisknowntohaveboltingclonesofgarlic.
ThirtycollectedcloneswereraisedinKagoshimaandthefertilitywasexamined.
Theyboltedincompletelyandtheflowerstemsremainedinthebulbswithoutcomplete
growthlikeothersterileclones.TheRAPDmarkersrelatedtogarlicpollenfertilitywere
appliedtothosecollectedclones,butthemarkerswerenotdetectedinthoseclones,
showingthatnofertileclonesexistinSpainandPortugal.Theirkaryotypesofchromoso‑
meswerealsoanalyzedandmostofthemshowedderivedtypesfromthebasickaryotype
ofgarlic,showingmostofthemaresterile.Theirgrowingbehaviorduringwinterwas
similartothatofsterileclonesexaminedpreviously.Theseresultsindicatedthatnofertile
clonesexistsnotonlyinSpainandPortugalbutalsointheMediterraneanarea.
RAPDmarkersforgarlicmalesterilitywhichisveryusefulforcross‑breedingwere
alsosearchedusing30clonesand64primers.Themarkercommontotwomale‑sterilecloneswasnotdetected,butonemarkernamedOPE‑09600wasnotdetectedonlyinthefour
clonesincludingtwomale‑sterileclonesandtwoothercloneswithahighprobabilityof
male‑sterility.
Thereisapossibilitythatthefemalereproductiveorgan,ovule,offertilegarlicdoes
notfunctionwell,andbecauseofthisthosefertilegarlicmaybeproducesonlysmall
amountofseeds.Theanatomicalresearchontheovulevastriedusingadifferential
interferencemicroscope,buttheinsideoftheovulewasnotsuccessfullyobservedyet.This
researchiscontinued.