小麦は人類の最も重要な主食の 1 つですが、研究者らがこの作物のゲノムを完全にマッピングすることに成功したのは今になって初めてです。 20か国の約200人の研究者からなるコンソーシアムは、13年間の研究でパン小麦のゲノムに含まれる10万以上の遺伝子、400万の遺伝子マーカー、および多数の制御要素を解読した。この画期的な進歩は、耐性のある新しい小麦品種の育種にとって特に重要です。研究者らは、真菌性疾患と気候変動が一般的な品種にますます多くの問題を引き起こしていると報告しています。
小麦 (Triticum aestivum) はあらゆる種類のパンの原料であり、人類の約 3 分の 1 にとって最も重要な食料です。人類のカロリーとタンパク質供給量の 20% は小麦製品から来ており、これは他のどの食品よりも多くなっています。小麦はビタミンやミネラルの重要な供給源としても機能します。しかし、穀物は苦戦を強いられています。穀物は干ばつや暑さに敏感に反応し、小麦さび病などの真菌性疾患によって畑全体が破壊されてしまいます。気候変動によっても状況はさらに悪化しています。科学者たちはすでに、特にヨーロッパの小麦栽培地域では異常気象が2倍、3倍になる可能性があると予測している。したがって、それに対応した耐性品種の開発がますます急務となっています。しかし、コムギゲノムについての正確な知識がなければ、育種者が目的の特性を育種系統に特異的に、そして何よりも迅速に交配することは困難です。
巨大かつ複雑
問題: 小麦のゲノムは巨大で複雑です。これは約 160 億塩基対で構成されており、ヒトゲノムの 5 倍の大きさになります。この膨大な量の遺伝情報は、21 本の染色体上に位置する 3 つのサブゲノムにも分散されています。さらに悪いことに、小麦ゲノムの 85% は繰り返しの要素で構成されています。このため、配列決定後にゲノムの個々の部分を正しい順序に戻すことが困難になります。 「パンコムギのゲノムの完全な解読は、非常に巨大で複雑なため、長い間不可能だと考えられていました」と、ゲータースレーベンのライプニッツ植物遺伝学・作物研究所（IPK）のニルス・シュタイン氏は言う。彼は、200 人以上の研究者で構成される国際小麦ゲノム解読コンソーシアム (IWGSC) の一員でありながら、この記念碑的な任務に取り組んでいます。これを完了するには、20 か国以上の科学者が 13 年かかります。
今回、パン小麦のゲノムが初めてほぼ完全にマッピングされた。研究者らは小麦品種「チャイニーズ・スプリング」の遺伝暗号を解読し、この複雑なゲノムの構成について貴重な洞察を得ることができた。配列決定により、107,891 個の遺伝子の正確な位置と構成、および染色体とサブゲノムにわたるそれらの分布が示されます。研究者らはまた、小麦の遺伝子活性の調節に関与するゲノム内の 400 万以上の分子マーカーと多数の DNA セクションを特定しました。それに伴う分析で、研究者らはすでに多くの遺伝子や遺伝子コピーを特定の機能や組織、細胞に割り当てることに成功している。とりわけ、開花時期の遺伝回路がどこにあるのか、そしてどの遺伝子が穀物の病気に対する抵抗力に役割を果たしているのかを解明した。科学者たちは、アレルギーの原因となる小麦タンパク質の遺伝子も特定することができた。
小麦新品種の基礎
「小麦のゲノム配列は、この穀物のエンジンについての洞察を与えてくれます」とメルボルン大学のルディ・アペルズは説明する。 「私たちが目にしているのは、小麦が広範囲に変化し、さまざまな環境に適応できるようにする、完全に組み立てられたゲノムです。同時に、さまざまな気候条件下での生存に不可欠な構造を維持するのに十分な安定性も提供します。」研究者らが報告しているように、これに寄与する要因の 1 つは、小麦ゲノム内の遺伝子コピー数が柔軟であることです。この可変数の「バックアップコピー」とわずかに変更された遺伝子変異により、小麦が自発的に新しい株や品種を形成しやすくなる可能性があります。 IWGSCの科学者たちは現在、小麦ゲノムに関する研究結果を合計6本の専門論文にまとめている。
「巨大な小麦のゲノムに取り組むのは大変な仕事でした」と英国のジョン・イネス・センターのクリストバル・ウアウイ氏は言う。 「しかし、私たちの成果により、より干ばつ耐性や病気に強い品種の的を絞った育種がより簡単かつ効果的に行われるようになります。以前は大まかな概要しか得られませんでしたが、新しい遺伝子地図のおかげで詳細にズームインできるようになりました。」世界人口の増加により、主食である小麦の必要性が増え続けているため、小麦の新品種の育種は特に重要です。 IWGSC は、人類の増大する需要を満たすためには、2050 年までに毎年 1.6% 多くの小麦を生産する必要があると推定しています。研究者らは、この発見のおかげで、気候の課題によりよく適応し、より高い収量をもたらし、小麦の栽培と利用をより持続可能なものにする小麦の新しい品種を育種できるようになることを期待している。コンソーシアムの科学者らがすでに取り組んでいる他の農業的に重要な小麦品種の解読も、これに貢献するはずだ。
出典: 国際小麦ゲノム解読コンソーシアム (IWGSC)、サイエンス、 doi: 10.1126/science.aar7191
