博 士 （ 農 学 ） 田 丸 典 彦
学 位 論 文 題 名
イ ネ の 遺 伝 的 雄 性 不稔 と 雑 種 不稔 性 に 関 する 育 種 学 的研 究
学 位論 文 内 容 の要 旨
イネ では種 々の 遺伝 的要 因により、不稔性を生じることが知られている。．そ の 中 で 、 雄 性不 稔性 と雑 種不稔 性は 共に イネ の一 代雑 種育 種に 関わ る重 要な 特 性 と し て 注 目 さ れ てい る 。
1．雄 性不 稔遺 伝子 の遺 伝様 式
品 種「 二 ホ ン マ サリ 」よ り人 為的 に誘 発さ れた29種の 雄性 不稔 突然 変異 系統 を用 いて 、雄性 不稔 に関 する 核遺 伝子 の同定と作用 性を明らかにした。各雄性 不 稔 系統 に 農 林9号 を 交 配 し て 得 られ た29種 のFi植物で は、 花粉 稔性 と種 子稔 性 が とも に 正 常 に 近く まで 回復 した 。し たが って 、各系 統の 雄性 不稔 遺伝 子は す べ て劣 性 で あ る こと がわ かっ た。29種 の交 雑組 合せに よるFiを 自殖 して 作っ たF2集団 の う ち 、23組 合せ にお いて は可 稔： 不稔 が単遺 伝子 によ る分 離比 に適 合 し た。 そ の 適 合 度 が 低 か っ た6組合 わ せ の う ち 、MS−19を 交雑 親と した 場合 に は15：1の 重 複 遺 伝 子 に よ る 分 離比 に 適 合 し た 。一方 、分 離比 への 適合 度が よ く なか っ た5種 の 雄 性 不 稔 系 統 につ い てBi集 団 を 作 っ た と こ ろ 、4組 合 せ で は 、 いず れ も 単 遺 伝 子 に よ る 分 離 比 に 適 合 し た。MSー19を を用 いた 場合 には3
：1に 適合 し、 重複 遺伝 子に よる 仮説 が支持 され た。
2． 遺伝 子 同 定
各 雄 性 不 稔 系 統の 有する 核遺 伝子 間相 互の 異同 を明 らか にす るた め、 各雄 性 不 稔 系 統 と 「 農 林9号 」 の 交 配 に よ るFiを 花 粉親 とし て、 他の 雄性 不稔 系統 と
交 配 し て 、 総 当 た り 交 雑 を 行 っ た 。 そ の 結 果 、 次 代 で はMSー4とMSー9間 な ら び に MSー15とMS‑29間 の 各 組 合 せ で は 、 可 稔 ： 不 稔 を1：1の 比 に 生 じ た 。 し た が っ て 、MSー4とMS−9間 、MS―15とMS―29闇 に は 、 そ れ ぞ れ 同 一 の 雄 性 不 稔 遺 伝 子 が 関 与 し て い た 。 ま た 、27種 の 雄 性 不 稔 遺 伝 子 は 互 い に 異 座 で あ る こ と を 確 か め た 。
3． 葯 の 形 態
各 雄 性 不 稔 系 統 を 通 じ て 正 常 型 の 葯 は 「 二 ホ ン マ サ リ 」 と 同 様 に 黄 色 を 呈 し 、 葯 長 も ほ ぼ 等 し く 、 花 粉 粒 数 も 多 か っ た 。 花 粉 粒 を 全 く 含 ま ぬ 葯 は 透 明 な 白 色 で 、 小 型 で あ っ た 。 花 粉 粒 数 が 減 少 し て い る 葯 の 多 く は 淡 黄 色 を 呈 し 、 長 さ も 中 間 型 の 系 統 が 多 か っ た 。 各 雄 性 不 稔 系 統 の 葯 色 は 、1核 期 後 期 以 降 の 花 粉 膜 が 肥 厚 し た 花 粉 を 多 数 含 む 場 合 に は 黄 色 に な り 、 少 数 で あ れ ば 淡 黄 色 と な り 、 全 く 含 ま ぬ 時 は 白 色 と な っ た 。I―KIに よ る 染 色 性 花 粉 は い ず れ も3核 期 以 降 の 花 粉 で 、 稔 ゛ 率 に か か 、 わ ら ず 、 葯 色 は 黄 色 と な っ た 。 以 上 の 観 察 結果 から 開花 時
に お け る 葯 の 形 態 か ら 雄 性 不 稔 系 統 を5型 ヘ 分 類 す る と 、A： 正 常 型 葯 （1系
統）、B ：黄色退化型葯（9 系統）、C ：淡黄色退化型葯（9 系統）、D ：白 色 退化型葯（7 系統）、E ：白色小型退化型葯（ 3 系統）となった。
4． 花 粉 の 発 育 異 常
正 常 型 な ら び に 各 雄 性 不 稔 系 統 に つ い て 、 葉 耳 間 長 を 指 標 と し て 幼 穂 を 採 取 し 、 特 定 の 穎 花 （ 第1枝 梗 第4穎 花 ） を 材 料 と し て 花 粉 の 発 育 を 比 較 検 討 し た 。 自 然 光 グ 口 ー ス キ ャ ビ ネ ッ ト 内 （ 昼 間27.5℃ 、 夜 間20.5℃ ） で 栽 培 し た 材 料 を 用 い て 、 原 品 種 で あ る 「 二 ホ ン マ サ リ 」 を 正 常 型 の 指 標 と し た 。 各 雄 性 不 稔 系 統 の 異 常 花 粉 の 出 現 時 期 や 発 育 異 常 に よ っ て 雄 性 不 稔29系 統 を 以 下 の7群 へ 類 別 し た 。 ＠ 花 粉 母 細 胞 残 存 型 （3系 統 ） 、 ＠4分 子 一 小 胞 子 期 異 常 型 （5系 統 ） 、
◎ タ ペ ー ト 細 胞 異 常 型 （9系 統 ） 、 ＠ 小 胞 子 中 期 異 常 型 （2系 統 ） 、 ◎ 空 虚 花 粉 型
（ 4系 統 ） 、 ◎ 花 粉 核 残 存 型 （ 3系 統 ） 、 ◎ 充 実 花 粉 型 （ 3系 統 ） 。
5 ．開花習性
各雄性不稔系統と「二ホンマサリ」について第1 枝梗から第 4 枝梗上に着生
し た 穎 花 に つ い て 開 花 習性 を 調 査し た 。
正 常 型 の 「 二 ホ ン マ サ リ 」 の 開 花 習 性 は 、 出 穂 後 直 ち に 開 花 が 始 ま り 、2日 目 に 開 花 最 盛 期 と な り 、 1週 間 で 開 花 を 終 え た 。 未 開 花 穎 花 の 出 現 率 は1％ 程 度 で あ っ た 。 開 花 は 正 午 頃 が 最 盛 期 と な り 、 早 朝 や 夕 方 に は 開 花 し な か っ た 。
1穎 花 の 開 花 時 間 は 大 体2時 間 以 内 で あ っ た 。
雄 性 不 稔 系 統 で は 、 出 穂 後 直 ち に 開 花 す る 系 統 は 少 な く 、 開 花 開 始 日 と 開 花 終 了 日 が そ れ ぞ れ 正 常 型 よ り 遅 延 し た 。 開 花 最 盛 日 も 遅 く な っ た 。 多 く の 雄 性 不 稔 系 統 で は 開 花 期 間 は ほ ぼ1週 間 と な り 、 正 常 型 に 等 し か っ た が 、1部 の 系 統 は 長 期 間 に わ た っ た 。 多 く の 雄 性 不 稔 系 統 で は 、 未 開 花 穎 花 率 は10％ 未 満 で あ っ た が 、 未 開 花 穎 花 の 多 い 系 統 も あ っ た 。 開 花 時 刻 は 、 早 朝 か ら 始 ま る 場 合 が 多 く 、 開 花 最 盛 時 刻 は 正 常 型 と ほ ば 同 時 刻 で あ っ た が 、 開 花 は 夕 方 ま で 持 続 し た 。 各 穎 花 の 開 花 時 間 は 長 く 、2時 間 以 上 に わ た る も の が70％ 程 度 あ っ た 。
6． 細 胞 質 ・ 核 遺 伝 子 型 雄 性 不 稔 系 統
Bhutimiri−36x農 林9号 のFiに 「 農 林9号 」 を 反 復 親 と し て 連 続 戻 し 交 雑 を 行 い 、Bhutimuri−36の 細 胞 質 と 「 農 林9号 」 の 核 を 有 す る 置 換 系 統 を 作 成 し た と こ ろ 、 完 全 な 雄 性 不 稔 性 を 示 し た 。 こ の 育 成 系 統 （K−11） と 新 城 の 育 成 し た Boro細 胞 質 型 雄性 不 稔 系統 （Iー127） を自 然 光 グロ ー ス キャ ビ ネ ット 内 で 栽培 し 、
花 粉 退 化 に 関 す る 細 胞 学 的 観 察 を行 っ た 。
両 系 統 の 花 粉 発 育 を 比 較 す る と そ の 差 異 は 全 く 見 ら れ ず 、 両 系 統 共1核 期 か ら 2核 期 に 至 る ま で 異 常 が 全 く な く 、 花 粉 核 第2分 裂 も 正 常 に 行 わ れ た 。 し か し 、 そ れ 以 降 は 花 粉 径 の 増 大 が 認 め ら れ ず 、 発 育 が 停 止 し た 。 花 粉 粒 は 開 花 日 に 至 る ま で 、 栄 養 核 内 の 仁 が 酢 酸 カ ー ミ ン に よ り 績 染 し 、 円 形 を 保 持 し た ま ま で あ っ た が 、 生 殖 核 は 楕 円 形 で 染 色 性 が 悪 く 、 隣 接 す る 場 合 が 多 か っ た 。 し た
が っ て 、 花 粉 の 形 態 異 常 を 生 じ た の は 、 従 来 の 報 告 と 相 違 し 、 花 粉 核 第2分 裂 期 以降 であ るこ とが 明 らかにな．った 。
7． 遠 縁 品 種 間 交 雑 に み ら れ るF1の 雑 種 不 稔 性
イ ン ド 型 に 属 す る5品 種 と 日 本 型 1品 種 を 用 い 、 日 本 型xイ ン ド 型 のFiを 作 成 し 、 合 計6種 の 交 雑 組 合 せ のF1個 体 に つ い て 花 粉 形 態 を 調 査 し た 。
（1） 花 粉 不 稔 性 の 高 か っ たFi個 体 で は 、 小 型 で 内 容 物 の 蓄 積 に 乏 し い 退 化 花 粉 が 多 数 み ら れ た 。 そ れ ら の 花 粉 核 の 形 態 と し て は 、 栄 養 核 内 の 仁 が 酢 酸 カ ー ミ ン に よ っ て 濃 染 す る3核 退 化 型 お よ び2核 退 化 型 に 加 え て 、 稀 で は あ る が1 核 退 化 型 お よ び 空 虚 花 粉 型 を 生 じ て 、 合 計4型 が 含 ま れ て い た 。
（2） 交 雑 組 合 せ を 異 に す る と 、3核 退 化 型 や2核 退 化 型 が 多 か っ た も の の 、 空 虚 花 粉 の 多 く 出 現 し た 場 合 も あ り 、 交 雑 組 合 せ 間 で こ れ ら の 退 化 型 の 出 現 が 相 違 し て い た 。 ．
（3） 花 粉 径 を 測 定 し た 結 果 、F1個 体 で は 多 数 の 小 型 花 粉 （ 退 化 花 粉 ） が 広 い 幅 の 変 異 域 で 連 続 分 布 を 示 し た 。 ， さ ら に 交 雑 組 合 せ 間 で も そ れ ぞ れ 相 違 す る 分 布 型 と な っ た が 、 稔 性 花 粉 と 不 稔 花 粉 の2頂 分 布 を 示 す 場 合 と 、 稔 ． 性 か ら 不 稔
ま で 一 連 の 連 続 変 異 を 示 す 場 合 が み ら れ た 。
ー539―
学位論文審査の要旨 主査 教授 木下 俊郎 副査 教授 中世古公男 副査 教授 島本 義也
学 位 論 文 題 名
イネの遺伝的雄性不稔と雑種不稔性に関する育種学的研究
イネの一代雑種育種に関する重要な特性である遺伝的雄性不稔性と雑種不稔
性 に 関 し て 遺 伝 解 析 並 び に 細 胞 学 的 観 察 な ど を 行 っ た 。 っ ぎ に 細 胞 質 ・ 核 遺 伝 子 型 雄 性 不 稔 と 雑 種 不 稔 性 に 関 す る 細 胞 学 的 観 察 を 行 っ た 。
本論文は5 章より成り、117 頁で表17 と図20 を含む、主な内容は下記の如く 要約される。
1． 雄 性 不 稔 遺 伝 子 の 遺 伝 機 構
ま ず 、 品 種 「 二 ホ ン マ サ リ 」 よ り 人 為 的 に 誘 発 さ れ た29種 の 雄 性 不 稔 突 然 変 異 系 統 を 用 い て 、 各 雄 性 不 稔 系 統 に 「 農 林9号 」 を 交 配 し 、29種 のFi植 物 で は 稔 性 が 正 常 に 回 復 し 、F2集 団 で は 、23交 雑 組 合 せ に お い て 、 可 稔 ： 不 稔 が3：
1の 単 遺 伝 子 の 分 離 比 に 適 合 し た 。MS―19を 交 雑 親 と し た 場 合 に は15：1の 重 複 遺 伝 子 に よ る 分 離 比 ヘ 適 合 し た 。 一 方 、F2で3:1ヘ 適 合 し な か っ た5種 の 雄 性 不 稔 系 統 に つ い てBi集 団 を 作 っ た と こ ろ 、4組 合 せ で は 、 い ず れ も 単 遺 伝
子による1 ： 1 の分離比に適合し、MS ―19 の戻し交雑では重複遺伝子に基づく 分離比が再確認された。
遺 伝 子 同 定 で は 、 あ る 雄 性 不 稔 系 統 と 「 農 林9号 」 の 交 配 に よ るFiヘ 他 の 雄 性 不 稔 系 統 を 交 配 し て 、 次 代 に 稔 ： 不 稔 を1：1‐ に 分 離 す れ ば 、 供 試 し た2種
の雄性不稔遺伝子は同じであると言う検定交雑により、MS ―4 とMS ―9 間ならびに
‑ 540− ー
MS―15とMS―29間 で は 、 そ れ ぞ れ 同 一 の 雄 性 不 稔 遺 伝 子 が 関 与 し て い る こ と を明 ら か に し た 。 ま た 、27種 の 遺 伝 子 が 互 い に 異 な る こ と も 同 定 し た 。
2 ．葯の形態と花粉の発育
雄 性不稔系統の葯色は、1 核期後期以降の花粉膜が肥厚した花粉を多数含む 場合には黄色となり、少数であれば淡黄色になり、全く含まぬ時は白色となっ た。また、I ー KI による染色性花粉は3 核期以降の花粉で、それを含む場合は稔
率 に か か わ ら ず 、 葯 は 黄 色 であ っ た 。
正 常 型 と 各 雄 性 不 稔 系 統 に つ い て 、 葉 耳 間 長 を 指 標 と し て 幼 穂 を 採 取 し 、 特 定 の 穎 花 （ 第1枝 梗 第4穎 花 ） を 材 料 と し て 花 粉 の 発 育 を 比 較 検 討 し た 。 雄 性 不 稔 の29系 統 は 異 常 花 粉 の 出 現 時 期 や 発 育 停 止 に 関 す る 遺 伝 子 作 用 の 類 型 化 か ら 、 花 粉 母 細 胞 残 存 型 、4分 子 一 小 胞 子 期 異 常 型 、 タ ペ ー ト 細 胞 異 常 型 、 小 胞
子中期異常型、空虚花粉型、花粉核残存型、充実花粉型の7 型ヘ分類された。
3 ．開花習性
各雄性不稔系統と正常型の「二ホンマサリ」を用いて開花習性を比較した。
正 常 型 で は 、 出 穂 後 直 ち に 開 花 が 始 ま り 、2日 目 に 最 盛 期 と な り 、1週 間 で 開 花 を 終 え た 。 未 開 花 穎 花 の 出 現 率 は1％ 程 度 で あ っ た 。 開 花 は 正 午 頃 に 限 ら れ て お り 、 1穎 花 の 開 花 時 間 は 大 体2時 間 以 内 で あ っ た 。 そ れ に 対 し て 、 雄 性 不 稔 系 統 で は 、 出 穂 後 直 ち に 開 花 す る 系 統 は 少 な く 、 開 花 開 始 日 と 開 花 終 了 日 が そ れ ぞ れ 正 常 型 よ り か な り 遅 延 し た 。 多 く の 雄 性 不 稔 系 統 で は 開 花 期 間 は ほ ぼ1週 間 で 、 な か に は 長 期 間 に わ た る も の も あ っ た 。 未 開 花 穎 花 率 は10％ 未 満 が 多 か っ た 。 開 花 時 刻 は 、 早 朝 か ら 夕 方 ま で に わ た り 、 各 穎 花 の 開 花 時 間 も2 時 間 以 上 が70％ 程 度 あっ た 。
4． 細 胞 質 ・ 核 遺 伝 子 型 雄 性 不 稔 系 統
Bhutimiri−36x農 林9号 か ら 戻 し 交 雑 法 で 核 置 換 型 の 雄 性 不 稔 系 統 を 作 成 し
て、Boro 型 細胞 質雄 性不稔 系統 と共 に花粉 退化 の細 胞学 的観察 を行 った。
両系統の花粉発育は共に1 核期から2 核期に至るまで異常が全く認められず、
花粉核第2 分裂完了後に花粉の発育が停止した。花粉粒は開花日に至るまで、
栄養核内の仁が酢酸カ―ミンにより濃染し、円形を保持したままであった。ま た 、 生 殖 核 は 楕 円 形 で 染 色 性 が 悪 く 、 隣 接 す る 場 合 が 多 か っ た 。
5 ．遠縁品種間交雑のFi にみられる雑種不稔性
日本型x インド型の6 種の交雑組合せのFi の内で花粉不稔性の高いFi 個体で は、小型で内容物の蓄積に乏しい退化花粉が多数みられ、3 核退化型と2 核退 化型に加えて、稀には1 核退化型および空虚花粉型を生じた。交雑組合せ間で 退化型に相違がみられ、花粉径の頻度分布は交雑組合せにより、稔性花粉と不 稔花 粉の 2 頂分布 を示 す場合と、単頂型の連続変異を示す場合がみられた。
以上の成果は一代雑種種子の採種ヘ深い係り合いを持つ遺伝的雄性不稔や雑 種不稔性に関して新しい遺伝学および細胞学的知見を加えたのみならず、雄性 不 稔 に 関 す る 遺 伝 資 源 の 拡 大 に よ ル イ ネ 育 種 へ の 貢 献 も大 き か っ た 。 よって審査員一同は、別に行った学力確認試験の結果と合わせて、本論文の 提出者田丸典彦は博士（農学）の学位を受けるのに十分な資格があるものと認 定した。
―542−
