イネ育種期間の短縮を目的に利用されるが、現状では格段の効率アップが必要な葯培養法の改良を試みた。イネの葯(おしべ)を植物ホルモン水溶液で浸漬前処理した後、ホルモンを含まない培地で培養する新しい培養法を試み、この培養方法では形成したカルスを再分化培地に移すことなく再分化植物が得られることを見い出し、詳細な条件検討の結果、新しい葯培養一段階法として確立した。植物ホルモンとして、数種類のオーキシンを試した結果、ナフタレン酢酸(NAA)で最も良好な結果が得られ、10mg/1NAA処理区でカルス形成率・植物体再分化率とも常法の葯培養二段階法の倍以上であった。10mg/1NAAに1.0〜25mg/1のベンジルアデニンを併用処理すると効果が増し、植物体再分化率を2〜5倍向上させることができた。二段階法と比較して本一段階法では、(1)高いカルス形成率・再分化率が得られること、(2)植物体再分化が早く、二段階法の約半分の時間であること、(3)再分化植物のうち半数体が70%と高いこと、(4)次世代(A2世代)で形質の分離が見られないこと、等の優れた特徴を持っていた。カルスの内部構造と再分化過程の観察から、その理由は、体細胞不定胚を経由して再分化が起こるためと結論された。本培養法は、効率の良い葯培養法として実際の品種改良への利用が期待されるとともに、体細胞不定胚発生における植物ホルモンの作用などの知見を得るために有用であろう。

　有用な変異を誘発できる反面、その制御が困難なソマクロナル変異についての総合的な知見を得ることを目的に、葯培養一段階法、通常の二段階法、プロトプラスト培養法で生じるソマクロナル変異について比較し系統的に解析した。ソマクロナル変異の頻度および再分化植物の倍数性は、培養期間の長さに比例して葯培養一段階法、二段階法、プロトプラスト培養の順に高くなり、プロトプラスト培養でのソマクロナル変異は実に95%に達した。生じたソマクロナル変異の種類は、三種の培養法とも稈長と毛性に関するものが普遍的で、二段階法とプロトプラスト培養ではこの他に穂数や種子稔性に関するものが多く見られた。各ソマクロナル変異は方向性を持ち、例えば稈長では短稈化、毛性では減少、稔性では低下を示した。プロトプラスト培養に特異的な変異は観察されなかったが、得られた変異体の1/3は、短稈、無毛性、出穂期変異等の有用な変異を持っていた。この知見は、プロトプラスト培養を基盤技術とする遺伝子導入や細胞融合を育種に利用する際に有用となろう。特筆すべきは、無毛性のソマクロナル変異が高頻度に得られたことである。葉毛・穎毛は収穫、脱穀、籾すり時等に生じるほこりの主原因で、特に機械による作業で問題となる。無毛性は機械作業時のほこりを抑える有用な形質であり、アメリカでは交雑育種で育成された多くの無毛品種が栽培されている。今までに無毛性のソマクロナル変異の報告例はなく、本研究の結果、葯培養あるいはプロトプラスト培養によって無毛性変異が効率よく誘導できることがわかった。さらに、葯培養で得たソマクロナル変異体から、イネ無毛新品種すみたからを育成し、本変異が品種改良に有効であることを実証した。

　すみたからの無毛性ソマクロナル変異の遺伝様式や形態の特徴についての知見を得るため、走査型電子顕微鏡による葉毛の観察、有毛および無毛品種とのF1、F2世代の遺伝分析を行った。有毛の原品種である黄金晴では葉の表面に1種類の毛茸と3種類の剛毛、籾には1種類の穎毛が観察されるのに対し、すみたからでは黄金晴と同様の形態・密度の毛茸は持つものの、3種類の剛毛と穎毛が無くなっていた。すみたからの無毛性は、剛毛と穎毛の形成阻害によることが明らかとなり、またイネでは毛茸と剛毛(穎毛)で形態形成の制御が異なることが示唆された。すみたから×黄金晴、すみたから×オオセト(有毛)のF1およびF2集団の葉毛を調査したところ、F1では有毛親と比べて少ないものの葉毛が観察され、さらにF2では有毛個体と無毛個体に分離し、²検定の結果すみたから×黄金晴では²(3:1)＝0.01^as、すみたから×オオセトでは²(3:1)＝0.95^asと単因子支配による分離比3:1に適合した。これらの結果から、すみたからの無毛性は単一の劣性遺伝子によることが示された。一方、すみたからと無毛品種アケノホシとのF1、F2はすべて無毛性であったことから、すみたからの無毛性遺伝子はアケノホシと同一座にあり、従来から育種に利用されてきた無毛性と同じであることが明らかとなった。

　RAPD(Random Amplified Polymorphic DNA)法のイネ品種解析への応用技術確立を目的に、日本型亜種18品種、ジャワ型5品種、インド型12品種を含むイネ35品種の品種識別と系統分類を試み、さらにすみたからとその親品種のDNAレベルでの解析を試みた。プライマーとして、独自にデザインした12種を含む13種のRAPDプライマーと8種(4組)の配列特異的プライマーを用いた。得られた安定なバンド100本のうち54本が品種間で多型を示し、変異体2品種を除くすべての品種を識別することができた。得られた系統樹では、35品種が4つのクラスターに分類され、各々日本型、ジャワ型、インド型の3亜種および日本型×インド型の後代品種に対応し、またジャワ型はインド型よりも日本型に遺伝的に近いことが示された。これらは形態やアイソザイムによる従来の分類と一致し、RAPDは品種識別や系統分類に有効であることが示された。形態やアイソザイムによる分析と比較して、RAPDでは多くのマーカーが利用可能で植物の生育ステージに関係なく分析ができることから、品種改良での利用により適している。無毛性ソマクロナル変異体品種すみたからとその親品種の黄金晴、変異原処理で得た短稈の変異体品種とその親品種ではDNAレベルでの差異を検出できず、このことは、変異体品種ではゲノムレベルでの劇的なレアレンジメントは起きていないことを示唆する。さらに、イネで用いたRAPDプライマーは、レタス類の系統分類でも有効であり、種々の植物種へ適用可能なことが明らかとなった。

　今後、アジア、アフリカ、南アメリカなどで爆発的な人口増加が予想され、また今まで以上に富める国と貧しい国の格差が広がるであろう。より一層の食糧増産が必要となるが、育種面ではバイオテクノロジー・DNA育種技術の開発とその品種改良への利用が食糧増産の切り札になるであろう。本研究の成果が、食糧増産に多少なりとも貢献できることを願っている。