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「食料安定生産」平成25年度実績報告

研究プログラム B : 熱帯等の不安定環境下における農作物等の生産性向上・安定生産技術の開発
(食料安定生産プログラム)

(プログラムの概要)

概要図

本プログラムでは、イネ、ダイズ・コムギ、熱帯性畑作物等、熱帯・亜熱帯地域の主要農作物の生産性向上と安定生産を実現するための技術開発を行い、開発途上地域での食料安定供給と農家経済の安定を実現し、栄養不良・飢餓人口の削減、我が国及び世界の食料安全保障に貢献する。

イネにおいては、「アフリカ稲作振興のための共同体」(CARD)の目標であるアフリカにおけるコメ増産計画の実現のため、アジアでの稲作の研究経験や成果を生かし、CARD の「栽培環境別アプローチ」における、栽培環境に応じた適正品種の選定・開発、天水低湿地での稲作開発モデルの確立のための基盤整備手法開発、低利用地での栽培技術の改善を通じた栽培面積の拡大、に貢献する研究開発を、本プログラムの旗艦プロジェクトとして実施する(研究実施国等(以下同様):ガーナ、AfricaRice)。また、アジアにおいては、第2期中期計画で築いたいもち病研究ネットワーク等を活用した低投入・環境調和型の育種素材開発を加速し、優れた素材の評価およびアフリカへの適用に努める(アジア各国、IRRI)。加えて、開発途上地域向けの耐乾性イネ開発のための分子育種技術を開発する(IRRI、CIAT)。

ダイズにおいては、南米の主要生産阻害要因であるさび病に抵抗性の品種開発(パラグアイ、アルゼンチン)を行うとともに、異なる耐性集積による高度塩害耐性系統を開発する。また、ダイズ・コムギの耐乾性向上のための分子育種技術開発を進める(ブラジル、CIMMYT)。

アフリカの伝統的作物では、ヤムの品種改良に必要とされるゲノム情報を利用した育種素材の評価・選抜技術の実用化を図るとともに、ササゲの栄養価および品質向上を目的とする育種のための基盤情報を整備し、付加価値化を目的とした開発戦略を提言する(IITA)。
熱帯果樹については、石垣の研究拠点の立地条件を生かし、保有する遺伝資源の来歴情報・特性評価データの収集および遺伝的多様性の評価を通して、遺伝資源の保存・利用システムを整備する。

サトウキビでは、近縁属遺伝資源を利用し、干ばつや低肥沃土への適応性が高い育種素材を開発する。さらに、これらの地域での持続的栽培を可能にするため白葉病を抑制し、株出し年限を延長する技術を開発する (タイ)。

(平成25年度:プログラム成果の概要)

アフリカの稲作については、CARDに対応し平成21年度から実施してきた「土壌肥沃度改善検討調査」 が最終年度となり、開発した施肥技術を現地普及に資するためのワークショップ開催やマニュアルのとりまとめを行った。マニュアルに組み込んだ技術は、今後アフリカ稲作振興プロジェクトが現地で展開する新栽培体系の実証の際に活用する予定である。品種改良に関する研究では、陸稲ネリカの農業形質のデータの公開を開始した。

アジアの稲作研究から発展したいもち病研究ネットワークでは、カンボジアでのいもち病菌の分布を解明し、ミャンマーの在来イネから新規抵抗性遺伝子を発見する等の具体的成果が公表された。また、この研究資源を生かし、西アフリカ向けのいもち病判別システムの開発も進展した。

環境ストレス耐性遺伝子の利用については、海外の共同研究機関における圃場での干ばつ耐性試験を継続するとともに、良好な結果が得られたイネ、コムギ、ダイズ各系統の導入遺伝子の発現解析を行った。また、イネの乾燥応答性遺伝子Oshox24 のプロモーターは、乾燥条件下で発現するが通常条件下での発現レベルが非常に低く、耐性作物を作出する際に有用である。
ダイズさび病抵抗性品種の開発では、パラグアイで、Aurora等2品種を反復親とした戻し交配でBC5F2の選抜を完了した。ダイズさび病に対する抵抗性評価法、マーカー選抜育種に関する実験プロトコール等が記載されている「ダイズさび病の実験マニュアル」をJIRCASホームページ上で公開した。

ギニアヤムのゲノム配列解読が最終段階に入り、SNP等の有用DNAマーカー情報が着実に集積されている。また、ギニアヤム遺伝資源の多様性解析のための材料として106系統を選定し、これらの形態および農業形質の評価をナイジェリアにて開始した。

西アフリカのササゲ20系統の諸成分を分析し、とくに品種間に多様性が認められた遊離糖含量、βアミラーゼ活性、デンプン糊化特性を品質関連の対象形質として絞り込んだ。また、ナイジェリアでの市場調査から多様な流通品種の存在と品種間の価格差があること等が明らかとなった。

熱帯果樹では、育成中のパッションフルーツの品種登録を目指して石垣および名護における地域適応性試験を開始した。また、SSRマーカーによるマンゴーの多様性解析を進めた。

サトウキビの育種素材開発では、タイのエリアンサス遺伝資源150系統の形態および農業特性評価を完了し、多様性解析のためのSSRマーカー候補を選抜した。サトウキビとエリアンサスの交雑のための出穂制御技術をタイにおいて実証し、これまで成功していなかった組み合わせの雑種を得た。国内において、(独)農研機構と共同育成したエリアンサス品種JES1を品種登録出願した。

東北タイにおけるサトウキビ白葉病の感染拡大要因を疫学モデルによって推定したところ、最も重要な感染拡大要因は、汚染種茎の定植である可能性が高いことが示唆された。有望系統(野生種を用いた種間交雑の後代)の実用化に向けてワークショップを開催し、多用途型サトウキビに関する情報交換を目的とした、MPS(Multi-purpose sugarcane)ネットワークの立ち上げを提案した。

(平成25年度:プログラムに含まれる各プロジェクトの成果の概要)

アフリカ稲作振興プロジェクト

陸稲ネリカイネ品種をつくば市、石垣市及びベナン国で栽培し、その農業形質を調査した結果のデータセット「陸稲ネリカの特性解析 Ver.1」の公開を開始した。【主要成果(1)】 陸稲ネリカやアフリカで栽培されているその他のイネ品種のいもち病抵抗性については、感受性品種の雑種集団を用いてQTL解析を行い、4領域(第7(1)、10(2)、11(1)染色体)にMoroberekan(抵抗性強のイネ品種)由来の抵抗性に関する新規QTLを検出した。西アフリカ由来のいもち病菌菌系から標準となる菌系を選抜し、西アフリカ向け判別システム(仮)を開発した。Pup1を導入したIR64及びIR74の有効性を西アフリカ(ブルキナファソ)及び東アフリカ(タンザニア)の低リン酸圃場で評価したが、タンザニア圃場では冠水害とリン酸欠乏反応の低さにより、圃場を変えて再度試験することとなった。NERICAへのPup1導入については新しいPCRマーカーや一塩基多型マーカー(SNP)をアフリカ稲センター(AfricaRice)と情報共有しながら進めており、現在BC2F2世代となっている。アフリカの野生稲を含むイネ遺伝資源のPup1遺伝子を調査したところ、アフリカイネ(O. glaberrima)に由来するPup1の対立遺伝子はO. barthiiに由来することを明らかにした。IR64の染色体断片導入系統(INLs)123系統を、セネガル国海岸近傍に位置するNdiyae及び内陸の気温の高低差が大きいFanayeの圃場で乾期灌漑水田作として栽培したところ、2012年雨期灌漑水田作と同様にNdiayeの方で収量が高いことが明らかとなった。

ガーナ国において、低コストな水利施設補強のため、土壌硬化剤(酸化カルシウム等)の生成について実験し、改良した「簡易かまど」を使い914°Cの温度を得ることができ、貝殻(炭酸カルシウム)から原料(酸化カルシウム)を得るために必要な950°Cを得る目処がついた。コスト試算からは、施工延長150m以上の場合はセメント利用より有利となった。被覆植物の利用については、被覆植物を活用した補強対策の実施工程(案)を作成した。木製柵渠の利用については、技術適用範囲が支線水路及び排水路であることを明らかにし、また、耐用年数の試算を行った。

ガーナ国において、在来有機物及びリン鉱石の施用等の調査を継続し、本調査の終了年度にあたり、現地でワークショップを開催し、その成果の検討を行った。当該成果をとりまとめ、食料農業省や現地の研究機関とともに「土壌肥沃度改善技術マニュアル」を作成した。(農水省、土壌肥沃度改善検討調査)【主要成果(2)〈参考: 25年度研究成果情報〉

平成23年度主要普及成果としての「稲作技術マニュアル」については、その普及を促進するため、平成24年度に引き続き、英語版と仏語版の各印刷版、CD版を、アフリカ農業科学週間(アクラ、7月15日-20日)、Africa Rice Congress 3rd会議(ヤウンデ、10月21日-24日)等の機会に配布するとともに、同マニュアルの追跡調査を行い、ガーナ国において、食料農業省を通じた配布、利用が進んでいることを確認した。米に関するバリュー・チェーンに係る現況調査でガーナ国Tepaとその周辺地域の関係者への聴取調査を行い、ガーナ産米の価値連鎖の現状と課題を解明した。

氾濫低湿地における稲作技術体系開発に向けた個々の研究から作成された、「湛水可能性」、「冠水ストレス」、「窒素含有量」、「炭素含量」、「生産力指数」の評価図を活用した2つのモデル( 1)「 稲作適性の相対的・総合的な優劣評価図」、2)「稲作可能地評価図」)を開発した。モデル精度を高めるには、1)は各要因の重み付け、順位区分の閾値設定の妥当性の検討、2)は設定条件の妥当性・客観性の 検証が必要である。イネ種子のプライミング処理(種籾を水に一定期間浸漬後乾燥し、発芽過程を人工的に進める)は、発芽および出芽時間を短縮させるとともに苗立ちの斉一性を向上することが明らかになり、アフリカにおける直播技術開発における苗立ち率向上に活用できる。氾濫低湿地では、耕起の有無は雑草の発生量に影響を与えないこと、土壌含水率15%で播種すれば、イネの発芽を大きく損なうことなく雑草の発芽は抑制されることから、プライミング処理と組み合わせるならば、より乾燥した条件でも播種が可能であることが分かった【主要成果(3)〈参考: 25年度研究成果情報〉。 経年調査により現行稲作モデル構築のためのデータはほぼ収集し、除草剤,肥料投入による収入増大効果等の分析(コスト‐ベネフィット分析)の準備を整えた。

イネ創生プロジェクト

11種のいもち病抵抗性遺伝子を対象として、インド型品種IR64の遺伝的背景を持った22の準同質遺伝子系統群を育成し、また収量形成要素の評価を行い、IR64とほぼ同様な形態形質を確認するとともに、多くの系統での稔性の向上を認めた。ミャンマー由来の在来イネ品種Haoruは多くのいもち病菌菌系に抵抗性を示し、これには3つの抵抗性遺伝子が関与しているが、標準判別いもち病菌菌系の抵抗性反応パターンから、このうち2つは新規のもので、第12染色体上のものはPi58 (t)、第6染色体のものはPi59 (t)と命名した〈参考: 25年度研究成果情報〉。カンボジアのトンレサップ湖とメコン川周辺から採取したイネいもち病菌菌系は、23種の抵抗性遺伝子に対応する判別品種への反応から3つのグル―プに分けられ、それぞれのグループの出現頻度が、メコン川流域、トンレサップ湖周辺のスエムナップ県、その他の地域では異なっていたが、この情報は、周辺のメコン川流域の諸国におけるいもち病菌レースの分化・分布を理解するうえで有用な情報となる【主要成果(4)〈参考: 25年度研究成果情報〉

陸稲NERICA10のリン酸欠乏耐性に関するQTLを4個、第1,6(2個)および11染色体に検出し、これらはアフリカ稲(グラベリマ)由来のものと推定したが、新たなリン酸欠乏耐性遺伝子の候補として利用が可能である。

インド型品種Kasalath由来の根長に関するQTL, qRL6.1は、インド型品種のIR64の遺伝的背景においても、その効果が維持されることが、IR64/Kasalath/3/IR64, BC3F2個体群の評価で明らかになった。

[関連情報] 国際ワークショップ「Direction of blast studies in Asia, Africa, and Japan(アジア、アフリカそして日本におけるいもち病研究の方向性)」開催報告

環境ストレス耐性プロジェクト

機能が不明であったイネの乾燥ストレス応答性CCCH型ジンク・フィンガー・タンパク質の一種であるイネのOsTZF1が、RNAに結合する新規な機能のタンパク質であり、生育・老化・ストレス耐性の制御に関わることを明らかにした。OsTZF1遺伝子過剰発現イネでは生育・老化が遅れるが、乾燥・塩ストレス耐性が向上する。〈参考: 25年度研究成果情報〉

ストレス耐性遺伝子を恒常的に過剰発現させると植物の生育を阻害することが多いため、通常生育条件で発現レベルが低いストレス誘導性プロモーターの探索が求められているが、イネの乾燥応答性遺伝子Oshox24のプロモーターは、通常生育条件下における発現レベルが非常に低く、種子における発現レベルも極めて低かった。イネのOshox24プロモーターは、恒常的に過剰発現すると生育を阻害するストレス耐性遺伝子を利用して耐性作物を作出する際に利用できる。【主要成果(5)〈参考: 25年度研究成果情報〉

これまでの評価法(灌水停止後の生存率)に比較して、土壌水分含量を低い状態にコントロールすることによりイネやダイズに乾燥ストレスを与え、生理的パラメーターを測定することによって、より圃場に近い環境で乾燥耐性を評価する手法を開発した。

圃場を用いた干ばつ耐性試験で良好な結果が得られたイネやコムギをIRRI、CIAT、CIMMYTから輸入して、導入遺伝子の発現解析やT-DNA挿入部位の解析を行った(農水省「乾燥耐性GM」)。環境ストレス耐性遺伝子AREB1を導入した形質転換ダイズをEmbrapaから輸入して、表現型や導入遺伝子の発現を解析するとともに、アグロバクテリウムを用いた形質転換法を改良し、GUS遺伝子を使った実験において形質転換効率を1.7%まで上げた(JST/JICA「地球規模」)。

畑作安定供給プロジェクト

ダイズさび病に対する抵抗性評価法、並びにマーカー選抜育種に関する実験プロトコール等が記載されている「ダイズさび病の実験マニュアル(Laboratory manual for studies on soybean rust resistance)」(英文)をJIRCASホームページ上で公開した。これまで、ダイズさび病に対する抵抗性評価法は統一されていなかったため、ダイズさび病菌の病原性、及びダイズ品種・系統のさび病抵抗性の評価データを異なる研究グループ間で比較することが困難であったが、抵抗性評価に関する試験をマニュアルに従って同じ手法で実施することにより、各研究機関独自に行われている評価結果を比較することが可能となり、大豆生産の重要な阻害要因である本病の対応策開発の効率化が期待できる。【主要成果(6)〈参考: 25年度研究成果情報〉

2012/13年作期にアルゼンチン、ブラジル及びパラグアイで採集した、それぞれ6、4、5サンプルのダイズさび病菌を解析した結果、地域間で病原性に大きな変異が検出された。さび病抵抗性品種の開発では、パラグアイで、Aurora等2品種を反復親とした戻し交配でBC5F2の選抜を完了した。

ダイズ耐塩性候補遺伝子のゲノム上の位置を確定するため、高精度マッピングを繰り返し、約58.8 kbのQTL領域に計32の組換え固定系統を獲得した。同候補遺伝子を導入した形質転換ダイズの遺伝子発現解析も進めた。

イネの根において、細胞の崩壊による通気組織の形成は窒素栄養の欠乏によって誘導されることを明らかにした。イネの根の通気組織は、自発的形成、酸素欠乏による誘導的形成に加え、窒素欠乏による誘導的形成の少なくとも3種の形成機構が存在している。形成機構の違いを明確に判別することで、イネ根の通気組織形成に関わる遺伝子群の機能が解明され、畑作物の湛水ストレス向上への活用が期待される。〈参考: 25年度研究成果情報〉

熱帯作物開発プロジェクト

ギニアヤムのゲノム配列解読が最終段階に入り、ドラフトゲノムが3月末に完成する。さらに、優良10系統のリシーケンスを実施し、SNPをはじめとする有用DNAマーカー情報が着実に集積されている。IITAのギニアヤム遺伝資源コアコレクション541系統から、多様性解析の材料として106系統を選定し、これらの形態および主要農業特性の現地評価を開始した。イモの特性評価のための手法および指標開発では、イモ肥大の早晩性における品種間差の作物学的解析、デンプン特性の種・品種間差の解析が完了した。培養技術および形質転換系の開発では、若い根組織片由来のカルスが有望な材料であることを実証し、さらに品種や培地の組み合わせを検討し、ごく限られた条件下で植物体が再生することを明らかにした。

ナイジェリアにおけるササゲの市場調査の結果から、多様な流通品種の存在と品種間の価格差があること、調理加工法ごとに品種の使い分けがあることが明らかとなった。西アフリカの20系統の諸成分を分析し、とくに遊離糖含量、βアミラーゼ活性、デンプン糊化特性に多様性があり、食味・加工特性に係る品質関連の対象形質として絞り込んだ。マルチロケーション栽培試験の結果から、子実サイズや色など外観形質に対する栽培環境の影響は非常に小さいことを確認した。

熱帯果樹の遺伝資源に係る情報整備の一部として、保有するマンゴー遺伝資源のSSRマーカーによる多様性解析に着手した。育成中のパッションフルーツ系統の品種登録を目指し、石垣および名護において、候補系統の地域適応性試験を開始した。

タイのエリアンサス遺伝資源150系統の株出し2回目における農業形質調査を実施し、本課題における形態特性および農業特性の調査を完了した。平成24年度に選抜した候補SSRマーカー171の増幅性の良否、再現性および近縁属における汎用性の高さをさらに検討し、78マーカーを来年度から実施するタイのエリアンサス遺伝資源多様性解析のために選定した。日本で開発した電照処理による出穂遅延法をタイにおいて実施し、早期出穂エリアンサス系統の出穂が遅延することを実証した。これまで成功しなかったサトウキビとエリアンサス(TypeII、TypeIII)の交配をタイおよび日本において集中的に行い、それぞれ116個体、17個体を得た。

昨年度まで実施した農水省プロジェクト「地域バイオマス」において(独)農研機構九州沖縄農業研究センター、JIRCASおよび(独)農研機構畜産草地研究所が共同育成したエリアンサス品種(種子繁殖)JES1を品種登録出願した(出願番号:第28299号、出願年月日:平成25年6月19日、出願公表日:平成25年10月8日)。エリアンサスはバイオマス生産力が高い新規資源作物であり、わが国初の育成品種であるJES1の普及を促進するため、熱帯・島嶼研究拠点において種子増殖・採取を行い、九州沖縄農研センターへ送付した。(農水省「草本バイオマス」)

総合防除プロジェクト

東北タイにおけるサトウキビ白葉病の感染拡大要因を疫学モデルによって推定したところ、最も重要な感染拡大要因は、汚染種茎の定植である可能性が高いことが示唆された。健全種茎を使用した圃場における発病抑制率は、株出し回数の増加に伴う発病率の上昇率を上回っていたことから、健全種茎の使用は本病の総合防除(IPM)体系構築の基幹技術になる可能性が高いと考えられた。白葉病汚染リスクを低下させるための健全種苗生産工程の改良案として、殺虫剤等による媒介虫の個体数抑制技術を使用することを提示し、適切な殺虫剤を選抜するための試験を開始した
有望系統(野生種を用いた種間交雑の後代)の実用化に向けて「JIRCASとタイ農業局による多用途型サトウキビの未来に関する共同ワークショップ」を9月19日にタイ国コンケン市にて開催し、多用途型サトウキビに関する情報交換を目的とした、MPS(Multi-purpose sugarcane)ネットワークの立ち上げを提案した。

ケニアで殺ダニ剤耐性マダニを採取し、殺ダニ剤アミトラズの標的遺伝子であるオクトパミン受容体の2種類の遺伝子で一塩基多型(SNP)を確認した。これらは殺ダニ剤耐性診断法の遺伝子標的として有望である。

『陸稲ネリカの特性解析 Ver.1』の公開

アフリカにおける土壌肥沃度改善検討調査(H21-25年度)

イネ種子のプライミング処理は、発芽・出芽の速度および苗立ちの斉一性を向上する

カンボジアのイネいもち病菌菌系は地域よってその病原性の出現頻度が異なる

Oshox24プロモーターを利用した生育阻害が起きないストレス耐性イネの作出

ダイズさび病抵抗性に関する研究のための実験マニュアル

25年度研究成果情報リスト(食料安定生産プログラム関係)
国際農林水産業研究成果情報平成25年度(第21号))より)