ゲノム倍数化が進化の可能性を高めることを証明―主要作物の分子育種に向けた新しい技術を開発：横浜市立大学/科学技術振興機構/産業技術総合研究所ほか
(2018年9月25日発表)
横浜市立大学木原生物学研究所の清水健太郎客員教授の研究グループは9月25日、複数の異なる染色体セット（ゲノム）を持つ異質倍数体種のゲノム変異を決定する新しい技術に成功したと発表した。植物などはゲノムが増え遺伝子数が増加することで進化の可能性が高まるため、ゲノム情報を解析することで効率的な分子育種が可能になり、作物栽培などに応用できると期待されている。（国）科学技術振興機構（JST）、（国）産業技術総合研究所、筑波大学、金沢大学、チューリッヒ大学などとの共同研究による。
人間や多くの生物は通常、同じ大きさで同じ形をした染色体が2本ずつペアで存在し、このペアが細胞中に2セットある。セット数が増えた生物はゲノム重複（遺伝子重複）と呼ばれており、多くの生物で頻繁に起きている。
特にコムギや食用油の原料となるセイヨウアブラナなどの有用植物には、植物の進化の歴史の中でもゲノム重複を経た倍数体が多く、これが進化に寄与すると考えられてきた。
このゲノム重複説は、アメリカで活躍した日本人生物学者、大野乾（すすむ）博士が約50年前に唱えていた。ゲノムの重複が進むと、生存に不可欠な機能だけでなく余分な機能としての冗長系も増えるため、遺伝子変異などが起こり進化しやすくなるというもの。
ゲノムの解析は、多くの個体のゲノム変異を比較することでゲノム配列の個体差を調べ、その中から病原抵抗性などの特徴を見つけ出す手法が採られている。しかし倍数体は、類似した複数のゲノムセットを見極めるのが難しかった。
そこでゲノムサイズが比較的小さな4倍体のアブラナ科の多年草「ミヤマハタザオ」（4億5千万塩基対）から着手した。これは解析が進んでいるモデル生物のシロイヌナズナに近縁のため、既に知られている遺伝子情報や解析技術を使える利点がある。
ミヤマハタザオの親種に当たるハクサンハタザオとセイヨウミヤマハタザオのゲノム配列を調べ、どちらの親から由来した配列かを特定し、個体間のゲノム変異を検出するプログラムを開発した。
ミヤマハタザオは日本国内や台湾、カラフトなど環太平洋北部に広く分布している。この分布域全体から選んだ25集団のゲノムを解読することで、種内の「変異の頻度」と近縁他種との「種間差」を定量的に解析した。その結果ミヤマハタザオは、生育に有利と思われるたんぱく質のアミノ酸を変化させる変異（非同義置換）が、ほとんどの2倍体植物よりも高頻度で検出された。
それぞれの親から受け継いだ重複した2つの遺伝子が別々の自然選択を受けるということは、進化や育種の素材となる遺伝子数が倍数化によって増加することを意味する。つまり「倍数化が進化の可能性を広げる」という大野博士の理論を裏付けた。
研究グループはこの成果を基に、これから3つの親を持つ6倍体のコムギ（ゲノムが170億塩基対）に挑戦し、育種のターゲットとして有望な遺伝子を特定することを狙っている。