野外での成長に適応: ある研究では、北米のラフフルーツウォーターヘンプを例に、農業自体が野生植物から発生する雑草にどのように寄与しているかを説明しています。研究者らは、歴史的な標本標本と今日の標本を比較することで、選択圧が植物内の数百の遺伝子に突然変異を引き起こしたことを証明することができました。それらにより、干ばつ耐性が向上し、成長が促進され、除草剤耐性が得られます。この研究は、無害な野生植物がどのようにして農業にとって問題となるかを理解するのに根本的な貢献をする可能性がある、と科学者らは述べている。
世界の人口に食料を供給するためには、地球上の広大な地域を、人間が支配する生産的な地域に変えなければなりません。集約的に栽培された単一栽培物は、植え付けと収穫の時期に大量に栽培され、肥料が施され、追加の処理が行われます。可能な限り最高の収量を確保するには、害虫や病原菌に加えて、競合する植物が作物間で蔓延することを許してはなりません。これらの介入が一部の望ましくない植物に強い選択圧力を及ぼしたのは当然です。これらのいわゆる雑草の適応メカニズムを明らかにするために、テュービンゲンのマックス・プランク生物学研究所を含む国際研究チームは現在、北米、特にトウモロコシと大豆の栽培で問題を引き起こしている植物を調査した。
ハーバリア標本との比較
そこでは、粗い果実のウォーターヘンプ (Amaranthus tuberculatus) が常に問題になるわけではありませんでした。もともとは湖や川の近くに生えていましたが、その後農作物にどんどん広がり始めました。特に除草剤に対する耐性が強いため、現在ではほとんど封じ込めることができません。問題の植物がどのようにして農業に適応したのかを明らかにするために、研究者らは伝統的な植物学の可能性を利用しました。彼らは、1820年に遡る植物標本園からの100以上のウォーターヘンプの標本から遺伝物質を入手し、分析しました。その後、彼らは得られたデータを、現代の農場および近隣地域からの 187 個のウォーターヘンプサンプルから得られた配列決定結果と比較することができました。
これにより、研究者らは 2 世紀にわたる生息地に応じたウォーターヘンプの発達史を調べることができました。彼らの報告によると、特に「雑草っぽい」バージョンのラフなフルーツのウォーターヘンプが北米の西から東まで広がっていることが基本的に示されています。遺伝子検査の結果から明らかなように、植物はゲノムの一部を異なる地域個体群と交換しました。科学者たちが説明しているように、これによりウォーターヘンプはさまざまな地域のさまざまな農業条件によりよく適応できるようになったようです。
「雑草」の適応が出現している
研究チームは最終的に、今日の水麻植物のゲノムにある数百の遺伝子の突然変異を発見しました。この突然変異は、明らかに農業からの選択圧力の結果として広まりました。干ばつ耐性、急速な成長、除草剤耐性に関連することが知られている遺伝子の変異が特に多かった。 「ウォーターヘンプはもともと湖や川の近くで育ちましたが、遺伝子の変化により、この植物はより乾燥した土壌でも生き残ることができ、急速に成長して作物を打ち負かすことができました」と、共著者であるバンクーバーのブリティッシュコロンビア大学のサラ・オットー氏は説明します。
一部の歴史的な標本には、いくつかの遺伝的変異がすでに見つかっている可能性があることが判明しました。しかし、現在主に植物の「成功」を決定している除草剤耐性の大部分は、新たに作成された突然変異です。より最近のサンプルから採取された 7 つの除草剤耐性遺伝子のうち 5 つは、過去の標本では検出できませんでした。 「植物の遺伝子が配列決定されたとき、除草剤は、どの植物が生き残り、どの植物が死ぬかを決定する最も強力な農業フィルターの1つであることが判明しました」と、バンクーバーのブリティッシュコロンビア大学の筆頭著者ジュリア・クライナーは述べています。 「現代の農業環境で植物が生育するのに役立つ遺伝子変異は、1960年代の農業の集約化以来、驚くほど急速に高頻度に増加しています」とクライナー氏は述べた。
共著者であるテュービンゲンのマックス・プランク生物学研究所のデトレフ・ヴァイゲル氏は、この研究の根本的な重要性を次のように強調している。「この研究は北米の植物に対して行われたが、ヨーロッパでも除草剤耐性に関して同様の問題を抱えている。 「したがって、私たちの研究は、ヨーロッパで無害な野生植物が問題のある雑草に変化することをよりよく理解するための青写真として役立ちます」と科学者は言います。ライト氏はさらに、「この研究を他の規模や種に応用することで、農業と気候変動がどのように植物の進化を加速させるかについての理解が広がる可能性がある」と付け加えた。最後に、彼は過去の植物学者の研究の価値を強調します。「私たちの結果は、植物の適応を理解するために歴史的ゲノムを研究することに大きな可能性があることを強調しています」とライトは言う。
出典: ブリティッシュ コロンビア大学、マックス プランク生物学研究所テュービンゲン、専門記事: Science、doi: 10.1126/science.abo7293
