国立植物遺伝資源システム

歴史的な農業の出来事は、限られた遺伝子プールに依存することに伴うリスクを示してきた。遺伝的多様性が制限されると、作物は害虫、病原体、環境変化に対してより脆弱になり、広範囲にわたる収量損失と食糧不足につながる。遺伝子バンクで多様な種子コレクションを維持することで、科学者や育種家は幅広い遺伝子プールにアクセスできるようになり、病害抵抗性や気候変動への耐性のある作物品種を開発することができる。^{[ 15 ]}

遺伝的均一性の危険性を示す最も有名な例の一つが、アイルランド大飢饉（1845年～1852年）です。アイルランドはジャガイモの単一品種に依存していましたが、この品種はジャガイモ疫病菌（Phytophthora infestans）に対する抵抗力がなかったため、疫病の発生後、大規模な不作に見舞われました。抵抗力をもたらす遺伝的多様性がなかったため、病気は制御不能なほど蔓延し、 100万人以上の死者と大規模な移住を余儀なくされる飢饉を引き起こしました。今日に至るまで、アイルランドの人口は19世紀のピーク時を下回っています。この大惨事は、将来の作物が予期せぬ脅威に対する必要な抵抗力を持つように、多様な遺伝資源を保存することの重要性を改めて示しています。

最近の脅威としては、1999年にウガンダで初めて確認された小麦茎さび病Ug99の出現が挙げられます。この非常に毒性の強いPuccinia graminis株は、広く栽培されている多くの小麦品種に存在する抵抗性遺伝子を克服する能力を示しています。その蔓延は、特に小麦が主食となっているアフリカやアジアの地域で、小麦生産にとって大きな課題となっています。多様な小麦遺伝資源へのアクセスにより、研究者は抵抗性品種を特定し育種することが可能になり、新興植物病害との闘いにおける種子バンクの重要な役割が浮き彫りになっています。もう一つの壊滅的な植物病害である大豆さび病は、2004年にハリケーン・イヴァンが南米からPhakopsora pachyrhiziの胞子を運んだ際に米国に持ち込まれました。この病原体は好ましい環境条件下で急速に広がり、大豆作物に大きな収量損失をもたらす可能性があります。耐病性品種の育成は植物遺伝資源の入手可能性に大きく依存しており、農業上の脅威を軽減するために広範な遺伝資源コレクションを維持することの重要性が浮き彫りになっている。

遺伝資源を保護することの重要性は、歴史上最も長く残忍な封鎖の1つであるレニングラード包囲戦（1941～1944年）で実証されました。世界最大級の種子コレクションを擁する現代のサンクトペテルブルクにあるヴァヴィロフ植物産業研究所の科学者たちは、飢饉が街を襲う中でも貴重な作物の遺伝資源を保護しました。極度の飢餓にもかかわらず、多くの科学者は将来の世代にとっての価値を認識し、種子を食べることを拒否しました。数人の科学者は最終的に、保存された種子を食べるよりも餓死することを選び、これらの重要な遺伝資源が戦争を生き延びることを確実にしました。^{[ 16 ]}彼らの犠牲は、目先の食料安全保障のためだけでなく、人類文明の長期的な存続のためにも、農業の生物多様性を保全することの極めて重要な重要性を強調しています。

これらの歴史的および現代の事例は、作物の遺伝的多様性を保全することが、単に植物の品種を保存することだけではなく、飢饉や病気に対する必要不可欠な安全策であることを示している。遺伝子バンクと育種プログラムは、変化し続ける脅威に直面しても、回復力のある作物を開発し、農業の持続可能性と世界の食料安全保障を確保するための基盤となる。

アメリカ大陸にヨーロッパからの入植者が到着すると、先住民の食料システムは、ヨーロッパ人にとって馴染みのある栽培作物に大きく取って代わられました。入植者たちは農業の伝統を再現しようと、さまざまな穀物、果物、野菜を新世界に持ち込み、ヨーロッパの慣習を模倣した方法で土地を耕作しようとしました。ライマン・キャリアーは著書『アメリカにおける農業の始まり』の中で、あるイギリス人の手紙を引用しています。^{[ 17 ]}

「私は様々な場所に小麦、大麦、小麦、オート麦、豆、エンドウ豆、そしてハーブ、穀類、プラムの種、ナッツ類の種を蒔きましたが、それらはすべてイギリスと同じようによく育ちました。」

農民や植物愛好家の間で新しい植物や多様な作物への関心が高まるにつれ、政府は、それまで個人や農業団体が主導していた植物材料の導入と調査に徐々に積極的な役割を果たすようになった。ジョン・バートラム、ヘンリー・ローレンス、ベンジャミン・フランクリン、トーマス・ジェファーソンといった先駆者たちは、初期のアメリカの植物の調査と交換において重要な役割を果たした。^{[ 25 ] [ 17 ] [ 26 ]}この時期、植物の交換は、政治家や裕福な地主が栽培用の種子を輸入することに依存していた。ジェファーソンは、パリの植物園の主任庭師アンドレ・トゥアンから毎年種子を受け取り、モンティチェロの邸宅で実験を行った。^{[ 27 ]}

初期の制度的取り組みの 1 つですが、現在のジョージア州サバンナにあるトラステーズ ガーデンは、アメリカの気候に対する農作物の適応性をテストするための実験場として 1733 年に設立されました。^{[ 27 ]}北米で現存する最古の植物園であるバートラムズ ガーデンは1728 年に設立され、1785 年にロンドン経由で中国から米国に導入された 3 本のイチョウのうち最後の 1 本が植えられていると考えられています。1770年代にジョセフ バンクスによって設立されたキュー王立植物園は、英国植民地への植物配布の帝国の中心地となりました。デイビッド ネルソンなどの植物収集家やジョン エリスなどの博物学者の支援により、キュー ガーデンは貴重な植物の新世界への移動を促進しました。1785 年、ジョン ビール ボードリーは、科学的な農業の実践の最良の方法を促進するために、米国最古の農業協会であるフィラデルフィア農業振興協会の設立を奨励しました。^{[ 26 ]}これらの初期の農業団体は、アメリカ農業の発展において重要な役割を果たし、多くの点で州や連邦の農業機関の前身として機能しました。彼らは知識を共有し、農業実験を行い、農民の間で種子や植物の交換を促進する中心地として機能しました。

1819年、米国政府は植物導入の重要性を公式に認識し、財務長官は外国に駐在するアメリカ海軍士官と領事官に対し、有用な植物の種子を収集して米国に送り返すよう指示する通達を出した。^{[ 28 ] [ 29 ]}

「これまで栽培されていなかった有用植物、あるいは以前に導入されたものよりも優れた品質の有用植物の導入は、あらゆる文明国家にとって非常に重要な目的であるが、特に、あらゆる種類の改良の進歩が古く根深い偏見と闘う必要のない、新しく組織された国家にとってはなおさら重要である。」 –ウィリアム・H・クロフォード

これは、植物産業に対する連邦政府の正式な支援の始まりとなった。1818年、議会はアメリカの農業慣行の近代化を支援するため、コロンビア芸術科学振興協会を設立し、1820年には国立植物科学機関としてワシントンD.C.に米国植物園が設立された。

1838年から1842年にかけて、ウィルクス探検隊の公式植物学者を務めたウィリアム・リッチは、注目すべき農業用種子、根、植物を確保することを目的として太平洋への世界一周航海に出発した。^{[ 17 ]}探検中に収集された膨大な植物標本は、特許庁舎の裏手に2つの区画からなる50フィートの温室の建設につながり、標本（約500種の植物と254種を代表する1,000個体以上の植物）を保管し研究するために使われた。^{[ 22 ]}

1838 年 7 月、議会はヘンリー・ペリンにフロリダ キーズのインディアン キーにある土地を、米国での栽培に有用な熱帯植物を導入するという明確な目的で付与した。ペリンは約 200 種の熱帯植物の導入に成功し、その中でもキー ライムは永続的な影響で際立っている。^{[ 30 ]}ヘンリー・ペリンの死後、彼の元の土地は妻によってフロリダ州ココナッツ グローブに移された。^{[ 31 ]}現在、この場所には、最も古い NPGS 遺伝子バンク サイトの一つである米国農務省農業研究局 (ARS) 亜熱帯園芸研究ステーションがある。^{[ 32 ]}

1836年から1862年の間、米国特許庁は、最初は国務省の下、後に内務省の下、植物の収集と配布プログラムを運営した。^{[ 33 ]}特許庁長官のヘンリー・L・エルズワースは、1839年に農業部門の年間予算として農業支援のために1,000ドルを議会に請願し、承認を得た。 ^{[ 34 ] [ 35 ]}これらの資金は、種子を収集し、米国郵政公社を通じて配布するために使用された。^{[ 36 ]}エルズワースはこれらの努力により「米国農務省の父」の称号を得た。1848年までに、特許庁の農業部門は農業実験を行い、農業統計を入手し、25万個の種子のパッケージを配布した。^{[ 17 ] [ 37 ]}今日、USDA はこの使命を拡大し、公共、民間、非政府組織の世界中の植物育種家や科学者を含め、年間 25 万以上の種子サンプルを配布しています。^{[ 13 ]}

米国農務省（USDA）は、1862年にエイブラハム・リンカーン大統領が農務省有機法に署名したことにより正式に設立されました。^{[ 33 ]}農務省の当初の7つの任務の中には、種子や植物の収集、検査、配布が含まれていました。

「ここに、合衆国政府の所在地に農務省を設置する。その一般的な目的および任務は、農業という言葉の最も一般的かつ包括的な意味において、農業に関連する主題に関する有用な情報を入手し、合衆国国民に普及させること、および、新しく価値のある種子や植物を入手、増殖させ、国民に配布することである。」

アイザック・ニュートンは、新設された米国農務省（USDA）の長官に任命された。^{[ 38 ]}ニュートンの指導の下、米国植物繁殖園が設立され、新しい植物材料を繁殖・試験して、米国での栽培に適しているかどうかを判断した。^{[ 25 ] [ 17 ]}この取り組みは、組織的な植物導入と評価の基礎を築いた。ニュートンは、ウィリアム・サンダースを実験園・試験場部門の初代監督官に任命した。^{[ 22 ]}サンダースはその後、大きな影響力を持つことになる。彼は、米国で最も初期の農業擁護団体の1つであるナショナル・グレンジの創設メンバーであった。

1871年、フレデリック・ワッツは農務長官に就任し、外国政府や機関と3,450個の種子パッケージを交換することで、科学研究と国際的な関わりを大幅に拡大した。^{[ 17 ]}これらの交換には、ロンドンのキューガーデン、オーストラリアのメルボルン王立植物園、オーストリア＝ハンガリー帝国の農業省や王立農業省などの著名な植物センターが含まれていた。この期間中、USDAは農業科学を支援するために、種子（1868年）、植物学（1869年）、林業（1880年）、果樹学（1886年）、繊維作物（1890年）、野菜病理学（1890年）、および農木学（1895年）など、いくつかの専門部門も設立した。^{[ 22 ]}

当初は長官が率いていた米国農務省は、 1889年に閣僚級に昇格し、その範囲と影響力が大幅に拡大した。^{[ 33 ]} 1897年、後に米国史上最長の在任期間を誇る閣僚となるジェームズ・ウィルソンは、米国への植物導入を推進する上で大きな一歩を踏み出した。ウィルソンは、植物材料の研究と配布のために特別に2万ドルの連邦資金を確保した。^{[ 25 ]}

「…このように割り当てられた金額のうち2万ドルは、希少で貴重な種子、球根、樹木、低木、つる植物、挿し木、および植物を外国から収集、購入、試験、増殖、および配布し、それらをこの国に導入するための実験に用いることができる。また、このように収集、購入、試験、および増殖された種子、球根、樹木、低木、つる植物、挿し木、および植物は、一般配布には含めず、農業試験場の協力を得て実施される実験試験に用いるものとする…」

この予算措置は、新しい作物を導入するための科学的アプローチの始まりを示し、アメリカの農家に改良された多様な作物品種を提供するというUSDAの使命を加速させた。当時、種子はほぼすべて議会議員に送られ、そこから農家に直接配布されていた。^{[ 22 ]} USDAは、州の農業試験場（SAES）と協力して、試験園で新しい作物を評価し、米国の農業生産に組み込む可能性を検討し始めた。^{[ 17 ]}また、農務省は、これらの作物の市場開発を支援することで、新しい農業産業を促進する役割も担った。ノーマン・コルマン長官は、これらの取り組みの価値を強調し、「改良品種の広範な普及により、小麦、オート麦、その他の穀物や牧草の生産量が増加し、農務省が設立されて以来支出した総額の10倍を賄った」と述べた。^{[ 27 ]} 1901年までに、農家への大規模な種子配布は民間企業とSAESシステムに移行した。

『ニューヨークの梨』（1921年）に掲載された、様々な品種を描いたカラー図版。

1898年、USDAは種子および植物導入課を設立し、後に1901年に植物産業局に統合されました。 ^{[ 39 ] [ 28 ]}その使命は、米国の農業を改善できる外国の種子や植物を導入することでした。^{[ 40 ] [ 41 ]}課の創設ディレクターであるデイビッド・フェアチャイルドは、フランク・N・マイヤー、ニールス・E・ハンセン、ウィルソン・ポペノー、パレモン・ハワード（PH）ドーセットなどの農業探検家を雇用し、世界的な探検プログラムを開始しました。^{[ 42 ] [ 25 ] [ 43 ]}彼らが収集した資料は、「導入植物目録」に記録され、 OF・クックが開発した植物導入（PI）番号を順番に割り当てたカタログで、植物の学名と一般名、収集者、原産地、簡単な説明が含まれていました。^{[ 44 ]}このシステムは現在も NPGS で使用されており、初期の植物探査と現代の遺伝子バンクのキュレーションを直接結びつけています。^{[ 38 ]}この体系的なアプローチは、植物科学者が実験で使用した PI をそれぞれ引用することを義務付けることで、科学的な継続性を提供します。 1933 年までに、フェアチャイルドの指導の下、このセクションは 80,000 を超える固有の PI アクセッション (特定の地理的場所からの遺伝的に固有の植物の永久記録) を取得しました。^{[ 45 ]}これらの植物の導入には、デュラム小麦、スミルナ イチジク、日本米、コルシカシトロン、マンゴー、アーモンド、ナツメヤシ、エジプト綿、アルファルファなどが含まれます。^{[ 46 ]}

20世紀初頭に最も影響力のある植物探検家の一人に、2,500種以上の植物を米国に導入したフランク・マイヤーがいた。 ^{[ 47 ]}彼は13年間かけて中国東部と北部を旅し、米国農務省のために標本を収集した。^{[ 48 ]}彼の貢献を称え、米国作物科学会が授与するマイヤー・メダルは、植物遺伝資源における優れた業績を上げた個人を表彰するものである。^{[ 49 ]}もう一人注目すべき植物探検家はPHドーセットで、1929年から1930年にかけて、中国、日本、満州、韓国から3,000種近くの大豆の系統を収集した。^{[ 50 ]}しかし当時、長期保存のための専用の遺伝資源保管所は存在しなかったため、最初の114種の植物導入（PI）はすべてすぐに使用するために配布され、保存されることはなかった。現在、ドーセットのPIコレクションから派生したわずか24品種のみが、米国国立大豆遺伝資源コレクションの一部として残っている。^{[ 48 ]}

植物の導入数が増えるにつれて、USDA はそれらの評価と米国農業への統合を支援する措置を講じました。このセクションは、新しい植物材料を州立農業試験場や他の科学協力者に配布してテストする責任を負っていました。^{[ 51 ]}この取り組みをさらに進めるため、USDA は 1904 年にWT スウィングルが率いる植物生活史研究所を、1906 年に乾燥地農業局を設立し、新しい種の栽培方法を研究しました。^{[ 52 ]}さらに、導入植物を評価、増殖、検疫するために、連邦植物導入園のネットワークが作成されました。^{[ 53 ]}最初の園は 1898 年にフロリダ州マイアミに設立され、続いてカリフォルニア州チコ (1904 年)、ジョージア州サバンナ (1919 年)、メリーランド州グレンデール (1919 年) に園が設立されました。最後の施設は、植物害虫の侵入を防ぐための検疫センターとして主に使用されました。^{[ 54 ] [ 55 ]}これらの庭園は短期的な繁殖と全国的な流通の拠点として機能したが、長期的な維持管理のために設計されたものではなかった。

NPGS の開発は数十年かけて徐々に進展した。米国国立樹木園は1927 年にワシントン DC で運営を開始した。1946 年、議会は、米国のさまざまな地域に適した新しい作物の開発に資金を提供する研究マーケティング法を可決した。^{[ 56 ] [ 57 ]}その結果、4 つの地域植物導入ステーションが設立された。アイオワ州エイムズ (1947 年)、ニューヨーク州ジュネーブ (1948 年)、ジョージア州グリフィン (1949 年)、ワシントン州プルマン (1952 年)。^{[ 58 ] [ 25 ]}これらのステーションの主な責任には、外来および在来の植物遺伝資源の取得、導入された材料の保存と評価、国の遺伝資源の重要な保管場所としての役割が含まれていた。各ステーションの使命は、その地理的地域の農業の優先事項と環境条件を反映していた。地域ステーションは、州農業試験場(SAES) および協同州研究教育普及サービス(CSREES) と提携して設立された。この共同協定に基づき、SAESは土地を提供し、研究所、温室、オフィススペースの設置を支援した一方、USDAとCSREESは設備、運営、人員配置のための資金の大部分を提供した。

追加施設により、国立植物遺伝資源システム（NPGS）の範囲はさらに拡大した。地域間導入ステーション（現在の米国ジャガイモ遺伝子バンク）は、ウィスコンシン州スタージョンベイに設立された（1949年）。メリーランド州ベルツビルにあった国立小粒穀物コレクション（1948年）は、後に1989年にアイダホ州アバディーンに移転した。この時期には、主要な作物コレクションも専用の遺伝子バンクに統合された。テキサス州カレッジステーションの綿花（1955年）、イリノイ州アーバナの長期栽培大豆（1948年）、ミシシッピ州ストーンビルの短期栽培大豆（1949年）などである。大豆コレクションはその後、イリノイ州アーバナのコレクションに統合された。1955年には、果樹と観賞樹の植物検疫センターとして、ワシントン州プロッサーに別の地域間導入ステーションが設立された。^{[ 59 ]}この施設は後に2008年に国立クリーン植物ネットワークの一部となり、ウイルスフリーの植物材料の安全な交換と増殖を支援した。^{[ 60 ]}

この拡張は、植物遺伝資源の長期保存への大きな転換を示し、初期の植物探検家の努力が無駄にならないようにした。当時、1898 年以降に導入された植物のうち、これらのコレクションで利用可能なのは 5 ～ 10% だけだと推定されていた。^{[ 25 ]}当時、遺伝資源は、その即時の有用性を超えて維持する義務はなく、育種家や研究者の実験のために直接送られた。その結果、1948 年以前に入手された遺伝資源のほとんどはもはや利用できないが、開発された多くの重要な育種系統や栽培品種は、それらの初期の植物導入に由来する遺伝子を今も持っている。^{[ 59 ]}これらのかけがえのない遺伝資源を保護するために、国立種子貯蔵研究所（現在は国立遺伝資源保存研究所 (NLGRP) として知られる）が 1958 年にコロラド州フォートコリンズに設立された。^{[ 38 ] [ 20 ]}植物育種家や研究者への積極的な資材配布に重点を置く地域ステーションとは異なり、NLGRPは国の主要なバックアップ保管施設としての役割を果たしています。