JPH03501442A - ジャガイモのマイクロチューバ増殖 - Google Patents
ジャガイモのマイクロチューバ増殖Info
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
ジャガイモのマイクロチューバ増殖
本発明は、一般的にはジャガイモの生産に関し、特にジャガイモの生産において
マイクロチューバを使用することに関する。本発明は、特定的には高率でマイク
ロチューバ苗条形成を誘起することに係り、ここで各苗条は新たな塊茎を形成す
る。
主」LqjL見
ジャガイモは世界の最も経済的に重要な農業作物の一つであ゛る。
ナス科植物の一員であるジャガイモは、塊茎、即ち植物の地下茎をいくつかの部
分に分割し、次いでこれを植付けることによりクローン的に増殖されていた。
ジャガイモは、増殖期における病害の制御が不変の憂い収量を得るために必須で
ある作物の最初の例である。この作物の成長力および価値は殆ど源の塊茎をどれ
程ウィルスおよび病害のない状態に保てるかに依存している。この目的を達成す
る一つの方法は病害のない地域において保証されたジャガイモ母株を生産するこ
とであるゆしかし、このような環境は常に得られるものではない。
ジャガイモ生産のためのクローニング用の通常の塊茎の利用に対するもう一つの
方法はマイクロチューバのマイクロプロバゲーシツン(micropropag
ation)であり、このマイクロチューバは完全に病害のない環境で生成され
る。マイクロチューバは小さな土ンビトロで作られた塊茎であり、これは通常は
ぼエントウ豆1粒程の寸法のものである。これらは制御条件下で無菌培地で作ら
れる。
マイクロチューバはバーカー(Barker)によって初めて科学文献(Sce
ince、 1953 、上上主。pp、384−5)に報告された。
最近まで、マイクロチューバ作製に係る経費高のために、ジャガイモ作物工業に
おいてマイクロチューバの商業的開発が妨げられていた。そのため、マイクロチ
ューバは主として結藷過程の研究のための生理的手段として用いられていた。ミ
ンゴーカステル(Mingo−Castel) 等 (Plant: Phys
iol、、 1 9 7 6. 5 7. 1)P。
480−485)はインビトロで栽培されたジャガイモ外植の結藷における二酸
化炭素促進効果およびエチレン阻害効果を報告した。モーク&ランギル(Mau
k and Langille)は、Plant Physiol、+1978
、亙z、pρ、438−442において、ジャガイモの植物組織中のサイトカイ
ニンの発生および変化に及ぼす光同期および温度の影響並びにサイトカイニンの
インビトロ結藷に与える影響を報告している。バルマー&スミス(PallSe
r and Sm1th)は、Nature、1969. 22上、 pp。2
79−280において、またシュタルクネヒト(Stallknecbt、)は
、Plant、 Physiol、+ 1972゜いて報告した。
ワン&フー(Wang and )lu)はAmertcan Potato
Journal+1982 。
59、 pp、33−37において、畑でジャガイモを生産するためにマイクロ
チューバを用いることを最初に報告した0次いで、ワッチメナ (Wattim
ena)等はAs+erican Potato Journal+ 1983
+立見、pp、27−33において、マイクロカッティング(Mtcrocu
t−tXngs)またはマイクロチューバから発生した移植植物から胃性したジ
ャガイモの2品種の植物成長、収量および塊茎特性と、種いもから育生したジャ
ガイモとを比較した。これら2つの研究では(1)茎切断体(sLem cut
Hngs)を、エヱ旦上旦でのマイクロチューバ生成用の外植源として用い、【
2)ムラシゲ及スクーグCFIurash5geand 5koolり (MS
)無機塩培地(Murashige and Skoog、 Physiol、
。
Plant、 1962 、上5.pp、473−497参照)を使用し、(3
)高スクロース濃度(6〜8%ン、(4)低温(15〜20℃)、および(5)
結藷誘発のための合成サイトカイニンを利用した。手順は結藷光周期、増殖法お
よび攪拌の点で大幅に異りでいた。
後の刊行物は静止系に基くもの〔プルケ(Bourque)等、InVitro
Ce1lular & Developmental Bfology+ 1
987 、 23 / 5 。
pp、381−386;ローゼル(Rosell)等、Pot、eto Re5
earch。
19.87.1エ、 pp、111−1167オルチツツーモンチエル(Ort
、iz−Montiel)等% American Potat、o Jour
nal+ 1987 、 6玉・pp、535−5448スリモン&スーザーマ
チヤダ(S]immon andSouza−Machada)+ 1bid、
1987. 6±、pp、458Bおよびハゼイムステーシー(Hussey
and 5tacey)+ Annals、 of Botany。
19 B 4.1工、pp、565−578)(合成ホルモンについてのみ異な
る)および振盪系に基(もの〔エストラグ(Estrada)等、Plant
Ce1l+ Ti5sue and Organ Cu1ture+ 1986
、工:pp、3−10〕であり、後者においては結藷誘発のためにベンジルア
ミノプリン(B A)の他に塩化クロロコリンを使用した。
上述の如く、マイクロチューバの商業的利用はマイクロチューバ製造コストが高
いために制限されている。このコストの大部分は、上記方法に基いてマイクロチ
ューバを製造するに要する高い労力投入量によって決定付けられる。必要な労力
は著しく多大である。というのは、インビトロで育生した苗条の各節は論理的に
はマイクロチューバ形成の潜在力をもつが、−mには唯一のマイクロチューバが
多節苗条軸(shoot axis)上に形成されるにすぎないからである。か
くして、高率での塊茎形成を達成するためには、該節は手作業で相互に分離せし
める必要があり、従って各マイクロチューバを培養するために、各苗条につき多
大な労力(切断および培養)が必要とされる。
多数の塊茎を得るもう一つの方法は多数の独立に成長する苗条軸を生産すること
であり、該軸の各々は1以上のマイクロチューバを形成する。しかし、この方法
はこれまでジャガイモでは成功していない、とういのは、一般に苗条増殖に使用
されるホルモン刺激側、例えばサイトカイニンは、標準的な条件下で育生された
ジャガイモ苗条培養に対して特に有効であるとはいえないからである。
3−皿一Ω−概一!
従って、本発明の目的は、後にはマイクロチューバ形成に導(ジャガイモ苗条の
数を増すための新規かつ商業的に利用できる方法を提供することにある。
本発明のもう一つの目的は、インビトロ培養で、ジャガイモ苗条から高率でマイ
クロチューバ形成を誘発する方法を提供することにある。
これらの目的並びに他の目的は、単一のジャガイモマイクロチューバから始めて
、高率でマイクロチューバ形成を誘発する本発明の方法の以下の記述から明らか
となろう。この方法は、成長中の苗条上に苗条−縁部ネクロシス(shoot−
tip necrosis)を誘起することにより、マイクロチューバから作製
した単一の苗条または複数の苗条から多重苗条複合体形成を誘発することを含む
、苗条−縁部ネクロシスなる用語により、ジャガイモ苗条の縁部が成長を止め死
ぬことを表し、これによって原生分岐および副苗条の複合体の形成がひき起こさ
れる。変性した苗条複合体を、次に該苗条の長さを増し、かつ各副苗条に別々の
組構造をもたせるのに通した条件下にある成育環境中に置く。次いで、この苗条
複合体を該苗条の結語を可能とするに適した条件下に置く、一つのマイクロチュ
ーバから初めに形成された多重苗条複合体は、次に多数のマイクロチューバを生
成する。
本発明は、また上記方法で作製されたマイクロチューバー苗条複合体にも関する
。
ジャガイモ移植体の経済的利用が該移植体を処理すべき回数に大きく依存してい
るので、本発明の方法は、その少ない労力要求のために有利となる0例えば、唯
一回の植物組織の手作業が、即ち収穫期に必要とされるにすぎない、更に、結上
中心の手作業・での分離は必要とされない、必要ならば、上記工程間の液状培地
のあらゆる交換は自動的な技術で容易に達成できる。
の な普
本発明のマイクロチューバ増殖系は相互に関連した3工程、即ち(1)マイクロ
チューバー苗条複合体の形成、(2)苗条軸の伸長、および(3)咳苗条軸の結
語を含む。
マイクロチューバー 八 のノ
この工程では、初期苗条軸は予め発現された“種°マイクロチューバから開始す
る。初期外植体温は暗所で無菌環境で育生した、予め選別された無菌マイクロチ
ューバであることが好ましく、これは明らかに休眠が破られかつ可視的なほう芽
を有している。こ旦上旦増殖に対しより高い応答性を示す、この無菌マイクロチ
ューバは、一般に約5℃の温度にて、暗所で約24〜36週間貯蔵されている。
該マイクロチューバ外植体から発生する初期苗条源は誘発されて強く分枝し、−
塊の短い苗条“始原体(init、1als) ”を形成し、かくしてむかどの
増殖の基礎を与える。この形成を達成するためには、該マイクロチューバを、ジ
ャガイモ苗条生長を維持する環境並びに栄養培地中に配置する。適当な栄養培地
の一つは、ビタミン類、3%スクロースおよび1.5g/lゲルライト (ge
l rite)を補充したムラシゲ&スクーグ(MS)(上記文献参照)無機塩
培地である。苗条の発育を増強するために、サイトカイニンが場合によって該培
地に添加される。サイトカイニン、即ちチジアズロン(thidiazuron
)が約1.0μMの濃度で添加される。この栄養培地に添加することのできるサ
イトカイニンの適当な例はベンジルアデニン(BA)またはチジアズロン(TD
Z)である、好ましくは、この培地はせいぜい極めて低濃度でカルシウムを含む
か、あるいは含まない。
このマイクロチューバは20〜25℃(好ましくは22℃)にて、蛍光の20〜
40マイクロアインシユタイン(Ein−” 5ec−’)における連続光照射
下で育生される。これらの条件下で長時間維持する程、より多(の苗条軸が形成
される。
ルソドポンティアック(Rad Pontiac)″マイクロチューバに用いる
のに好ましい栄養培地の例はカルシウムを全(含まないが・1゜0μMのTDZ
を含有するMS培地である。このマイクロチューバは22℃にて一定の20〜4
0マイクロアインシユタインの蛍光照射下で育生できる。
この苗条軸をサイトカイニンのみで刺激し、通常のカルシウム濃度をもつ上記培
地で増殖させることは本発明の範囲内であるが、増殖率は低(、また苗条増殖の
均一性も悪い、一般に、マイクロチューバー条複合体形成は低いカルシウム濃度
に”ζ苗条縁部ネクロシスの誘発によって促進される。最大苗条軸刺激は低カル
シウム濃度とサイトカイニンTDZとの組合せにより達成される。
この苗条軸増殖の基本は苗条縁部の障害、即ち苗条縁部ネクロシスにあり、この
ネタロシスは頂芽優勢のために腋芽を発生する〔シ+ (Sha)等、J、 A
mer、 Soc、 Hort、 Sci、、 1985. 110(5)。
ら腋芽の成長のために形成される。この液止または副苗条は同様に処理されて、
著しく分枝され、更に形成される苗条軸数は増大する。この塊状の短い苗条軸は
その母マイクロチューバと共に1マイクロチニ一バー苗条複合体(a+1cro
tuber−shoot complex)″と呼ばれる。
マイクロチューバ形成におけるサイトカイニンの利用は鋭意研究されている。サ
イトカイニンは協働的に低カルシウム培地の作用を増幅するように機能するか、
あるいは独立に該マイクロチューバから出現する苗条の原生分岐を刺激すること
がわかっている。
後者はジャガイモに固有の応答であり、かつより一般的に利用されている苗条培
養物からのマイクロチューバ由来の苗条を分化する。ここでは、サイトカイニン
は液止−起源の苗条増殖の刺激において特に効果的であるとはいえない。
苗条軸の伸長
新たに形成されたマイクロチューバー苗条複合体の苗条の各々を次いで独立の軸
に発育させる。従って、この苗条複合体は、好ましくは該ジャガイモ苗条の迅速
生長を促進する培地および環境に移される。この移植はこのマイクロチューバー
苗条複合体を別の培養容器に移すか、あるいは最も単純には容器中の培地を交換
することによって達成できる。当分野では他の方法、例えば静止びん(stat
ionary bottle)および振盪ビン(shaker 1)ottle
)による方法が知られているが、好ましい環境はローラビンであり、これも当分
野で公知の、他の型の細胞培養のための成長環境を与えるものである。ローラビ
ンは低速、即ち172回転/分(rpm )で回転され、その結果育生培地の液
膜が該ビンの表面上に常に維持される、この方法は発育中の苗条の液状培地への
完全なる浸漬を可能とすると共に、十分なガス交換および栄養物交換を保証する
。
更に、該培地中への苗条の浸漬は次の段階における後の結語を容易にする。この
発育中の苗条は、これが成長する粗いプラスチックメツシュを挿入することによ
り該ビンの側部近傍に維持される。
このプラスチックメツシュはローラービンの内側のライナとして配置されること
が好ましい、これは、添付図に示されているように、ビンの内部に設けられてビ
ンの内側に該メツシュを保持す°るための柔軟なプラスチックインサートを該メ
ツシュの内側に挿入することにより行うことができる。このビンを回転すると、
マイクロチューバは交互に培地と空気とに曝されることになる。これは、咳苗条
が方間のかたよりをもつことを回避させ、かつまた全苗条を該培地に浸漬させる
。
好ましい環境は3%(W/W)のスクロースを補充した、約22℃に維持された
MS無機塩培地からなる液体である。この苗条複合体は発育段階中、暗所に保持
される。
この工程は個々の苗条が長さにおいて少なくとも2ca+となるまで継続される
。更に、個々の苗条は、これらが依然として元のマイクロチューバー条複合体軸
、即ち母マイクロチューバに付着しているとしても、゛独立に誘発された根を有
する。この工程は全体として約2週間を要する。
この伸長段階の初めの1週間は、マイクロチューバー苗条複合体形成段階でサイ
トカイニンを使用しなかった場合には、サイトカイニンを添加することが宵利で
ある。
益−1−役−l
この結語段階は、苗条軸が相互に生理的に独立となり、一方で依然として連続的
かつ全体的に成長培地に浸漬されている点まで・多数の苗条軸が発育した時点で
なされる段階である。苗条複合体が発生した伸長苗条は公知のインビトロ結語法
の一つによって結語する。8%(W/W)スクロースおよび3.2μMサイコセ
ル(cycocel)を補充したMS無機塩成長培地をローラビン中にて15℃
で用いることを含む日常工程は約2週間以内に、“レフトボンティアツク (R
ed Ponttac)”中にマイクロチューバを誘発する。このマイクロチュ
ーバは1または2ケ月以内に収穫適正寸法に達する。この結語工程もローラビン
中で行うのに適している°。
かくして、本発明の方法は3つの主な段階を利用する。まず、マイクロチューバ
から苗条を培養し、次いで頂端苗条に苗条縁部ネクロシスを誘発し、液性または
輻苗条の増殖を起こす、第2に、かくして生成したマイクロチューバ苗条複合体
を培養して多数の苗条軸を伸長する。第3に、この多重苗条からマイクロチュー
バ形成を誘発する。結果と元の“種゛マイクロチューバはこの手順に従って増殖
して、元のマイクロチューバから10またはそれ以上の娘マイクロチューバを与
える。この手順における工程は単に培地交換および環境条件の変更、例えば光照
射、および温度条件の変更を含むにすぎないので、この工程は自動化して利用す
るのに通している。苗条および培養には何等ヒトの操作を、元のマイクロチュー
バの挿入および収穫のための多重化マイクロチューバ塊の取出しの各操作間に必
要としない、かくして、栽培用無菌マイクロチューバの製造におけるマイクロチ
ェーバ増殖の大幅な工業的利用が実用可能となる。
以下の実施例は本発明の方法を例示するものであり、2つの異なるジャガイモ品
種についてのマイクロチューバ増殖系の2つの例を示すものである。
!−−施一一医
実施例1
無Wルフドボンティアック”マイクロチューバを、成長培地またはスクロースの
存在しない状態で空気中にて静止貯蔵容器中にて保存し、5℃にて暗所で成長さ
せた。約6ケ月後、この無菌マイクロチューバを収穫し、9個の目にみえる病因
学的はう芽によって明らかな確実に休眠期の破られたマイクロチューバを本例で
使用した。
このほう芽を室温にて15%の液状漂白溶液で滅菌し、無菌蒸留水で2度洗浄し
た0次に、表面が消毒されたこのマイクロチューバを、3%(W/W)スクロー
ルを補充したMS培地からなる無菌成長培地に移植した。サイトカイニンは使用
しなかった。この培地はカルシウムを含んでいなかった。このマイクロチューバ
を攪拌せずに一定の20〜40Ein″2・sec” ’の光照射の下で22℃
にて約7+八週間この成長培地に保って、発育中のマイクロチューバー条複合体
上に苗条軸を増殖させた。
マイクロチューバ苗条複合体の形成後、該複合体を正常に塩化カルシウムを含み
、3%(W/W)スクロースおよび1.0μMチジアズロンを含有するMS成長
培地に移植し、暗所で、22℃にて、1/2rp■で回転されるローラビン内で
2週間インキュベートした。この2週間の経過後、該成長培地を、塩化カルシウ
ムを含むがチジアズロンを省いた新鮮なMS成長培地と交換した。このマイクロ
チューバ苗条複合体を更に1週間上記条件下でインキュベートした。この時まで
に、該マイクロチューバ苗条複合体の苗条軸は少なくとも長さ2C−になり、結
語の準備がととのえられた。
使用した結語法は、使用済の成長培地を、8%(w/w)のスクロース、170
μMのクマリンおよび3.16μMのサイコセル(cycocel)を補充した
新鮮なMS成長培地で置換することからなる0次に、このマイクロチューバ苗条
複合体を、暗所にて、15℃で一定速度1/2rp−で回転されるローラビン中
でインキュベートした。2週間後、この成長培地を4%のスクロースを補充した
がホルモンを含まない新たなMS成長培地で置換した。約2ワ宜週後に、塊茎の
サイズは収穫に十分なものとなった。
実験1の結果として、この実験で初めに処理した9個の無菌マイクロチューバの
各々につき、平均4.78マイクロチユーバ/塊茎が得られた。これら9個の複
製に対する塊茎増殖は1〜11倍であった。
実施例2
実施例2では、“レフトボンティアツク”マイクロチューバの代りに“シュビア
リア(Superior) ”マイクロチューバを使用した。実験手法は以下の
例外を除けば実験1で行ったものと同一であった。3種の滅菌かつ洗浄したマイ
クロチューバを、カルシウムを含まず、3%(W/W)のスクロースおよび1.
0μMのチジアズロンを補充したMS培地からなる無菌成長培地に直接移植し、
22℃にて光照射下で約10週間インキュベートした0次いで、このマイクロチ
ューバー苗条複合体を、3%(W/W)のスクロースを補充し、ホルモンを含ま
ない新鮮なMS成長培地に移し、22℃にて暗所で、1/2rpmで回転するロ
ーラビン中でインキュベートした。約2週間後、この成長培地を、8%(w /
w )のスクロースおよび3.16μMのサイコセルを補充した新たなMS培
地で置換し、暗所にて、15℃でローラビン条件下でインキュベートした。約4
週間後に、この塊茎を観察のために収穫した。
“シュビアリア”無菌マイクロチューバの3種の複製の結果は元のマイクロチニ
ーバに対し、夫々2.4および5倍の塊茎増殖を示した。
本発明はここに記載の特定の構成並びに配列に制限されず、以下の請求の範囲内
にあるような様々な変形をも包含するものと理解すべきである。
牢鮪補正婁(方寸)
m@調査報告
lAmN3111°゛′。°HIllllP″” PcT/1ls891018
201en+++u□@*a嗜ム””””” PCT/1ls89101820
PCT/lJs89101820
Actachmenセto form PCT/ISA/21t、l、 Par
t 工I工1. Fields 5earched/5earch terms
:
Claims (20)
- 1.単一のジャガイモマイクロチューバからインビトロにて高率で塊茎形成を誘 起する方法であって、 (a)インビトロで培養した該マイクロチューバから成長する苗条に、苗条縁部 ネクロシスを誘発することによって、単一のマイクロチューバから独立に成長す る苗条軸を含む、マイクロチユーバ苗条複合体形成を誘発し、 (b)該マイクロチューバ苗条複合体を、該苗条軸の長さを増大するのに適した 条件下にある成長培地に配置し、および(c)該マイクロチユーバ苗条複合体を 該苗条の結藷を促進する条件下におく 各工程を含むことを特徴とする上記方法。
- 2.該ジャガイモマイクロチューバは休眠期の破られたかつ発芽している無菌マ イクロチューバである請求の範囲第1項記載の方法。
- 3.該ジャガイモマイクロチユーバが予め約5℃の暗所にて24〜36週間貯蔵 されている請求の範囲第1項記載の方法。
- 4.該ジャガイモマイクロチユーバがレッドポンティアックおよびシュピフリア 品種からなる群から選ばれたジャガイモ由来のものである請求の範囲第1項記載 の方法。
- 5.該マイクロチューバー苗条複合体が、上記工程(a)可において、カルシウ ムのない条件下で形成される請求の範囲第1項記載の方法。
- 6.該マイクロチユーバー苗条複合体が、上記工程(a)において、極めて低濃 度のカルシウムの存在下で形成される請求の範囲第1項記載の方法。
- 7.上記工程(a)の培地がサイトカイニンを含んでいて、発育を促進する請求 の範囲第1項記載の方法。
- 8.該サイトカイニンがベンジルアデニンおよびチジアズロンからなる群から選 ばれる請求の範囲第7項記載の方法。
- 9.上記工程(b)の条件が、3%(w/w)スクロースを補充したムラシゲお よびスクーグ無機塩を含む成長培地の使用を包含する請求の範囲第1項記載の方 法。
- 10.該マイクロチューバー苗条形成体が、該成長培地中での苗条の完全な浸漬 および十分なガス交換並びに栄養物交換の維持を可能とする条件下にて、22℃ で暗所にてインキュベートされる請求の範囲第9項記載の方法。
- 11.該成長環境が約1/2rpmで回転するローラビンの使用を含む請求の範 囲第10項記載の方法。
- 12.該ローラピンが、該苗条軸を該ビンの側部近傍に維持するべく工夫された 物体を含む請求の範囲第11項記載の方法。
- 13.該物体がプラスチックメッシュである請求の範囲第12項記載の方法。
- 14.マイクロチューバ苗条複合体形成を誘発する時間の長さが約2週間である 請求の範囲第1項記載の方法。
- 15.上記工程(a)がサイトカイニンの不在下で行われ、かつ上記工程(b) がサイトカイニンの存在下で行われる請求の範囲第1項記載の方法。
- 16.上記工程(c)の条件が、8%(w/w)のスクロースと約3.2uMの サイコセルとを補充した、ムラシゲおよびスクーグ無機塩を含む成長培地の使用 を包含する請求の範囲第1項記載の方法。
- 17.上記マイクロチューバ苗条形成が、約1/2rpmで回転するローラビン 中で15℃にて暗所中でインキュベートすることにより行われる請求の範囲第1 6項記載の方法。
- 18.更に、上記工程(c)の完了後、マイクロチューバ苗条複合体からマイク ロチューバを収穫する工程を含む、訴求の範囲第1項記載の方法。
- 19.請求の範囲第1項の方法で作製されたマイクロチューバ苗条複合体。
- 20.種マイクロチューバと 該種マイクロチューバ由来でありかつこれに結合している複数の腋生苗条と、こ こで該腋生苗条は根形成部をもつ該腋生苗条の少なくともいくつかの上に形成さ れた娘マイクロチューバと を含む、インビトロで形成されたジャカイモマイクロチューバ苗条複合体。
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