科学者は自然の突然変異を微調整してより良いトマトを作った

遺伝学では、1 足す 1 がゼロになることがある。互いに協調して働き、互いの効果を強めるはずの遺伝子が、ときには逆に打ち消し合うことがある。木曜日にCell Press誌に発表された研究は、現代の栽培トマトを生み出した遺伝子変異に注目し、こうした打ち消しがどのように起こるのか、そして、それをより生産性の高いトマトを作るためにどのように利用できるのかを解明している。

現代のトマトは、8000年から1万年前に農業が広まったときに生じたと思われる突然変異の結果です。古代のトマトは、より小さく、より黒く、よりベリーのような味でした。この突然変異により、より大きな果実が実るようになり、今日私たちがよく知っているボリュームのあるトマトが生まれました。基本的に、すべてのトマト、たとえ伝統品種であっても、この突然変異が見られます。

1950 年代に、キャンベル スープ カンパニーの良質な畑で、「ジョイントレス」と呼ばれる 2 番目の突然変異が発見されました。この突然変異は、トマトにつながる茎の肘のような曲がりをなくしたことで注目を集めました。これには 2 つの利点があります。まず、この突然変異を持つトマトは折れて地面に落ち、傷ついたり、腐って食べられなくなったりする可能性が低くなります。次に、機械式収穫機でトマトを収穫しやすくなります。

育種家たちは、節のない突然変異を持つトマトと、大きくて実の豊富なトマトを生み出す以前の突然変異を組み合わせることができれば、より生産性の高いトマトの木ができるだろうと考えた。

しかし、育種家たちがこの 2 つを掛け合わせたところ、期待していた継ぎ目のない大きくて美しいトマトは生まれませんでした。むしろ、この掛け合わせによって、確かに節はないものの、枝や花がはるかに多く、果実に変わるエネルギーをはるかに上回る植物が誕生しました。その結果、トマトの数は減りました。

「形質を決定する遺伝子は、通常の植物では遺伝子ファミリーのメンバーであることが多く、遺伝子ファミリーは協力して形質決定に向かって動いています」と、コールド・スプリング・ハーバー研究所の植物生物学者で、この研究の著者であるザカリー・リップマン氏は言う。形質の成長と発達に影響を与える遺伝子の突然変異がある場合、同じ形質に寄与する2番目の突然変異が発生する可能性がある。しかし、形質を改善するのではなく、悪化させる。

遺伝子が互いに及ぼす影響はエピスタシスとして知られています。リップマンが述べているような、節のないトマトが本来のトマトと融合したときに見られた、この種の打ち消し合いは、負のエピスタシスとして知られていますが、これはトマトに限ったことではありません。

「20 年代や 30 年代には、タバコの植物を交配して新しいハイブリッド品種を作ったという素晴らしい例があります」とリップマンは言います。「ハイブリッドを作るときに通常期待され期待される活力効果の代わりに、ハイブリッドは実際に自己免疫反応を示しました。植物は、攻撃されていないのに、あたかも何らかの病原体に攻撃されているかのように、基本的に枯れ始め、死に始めます。」

育種家たちは最終的に 2 つのトマトの突然変異体を交配させることに成功したが、それは比較的無計画なことだった。分岐と開花の根底にある遺伝的関係を研究することで、リップマンと彼のチームは、この相殺効果が起こる理由をより深く理解し、もう少しバランスのとれたトマトを作れるのではないかと期待した。つまり、少し分岐して花を少し多く咲かせるが、植物に負担をかけすぎるほどではないトマトだ。

そして、彼らはまさにそれを実現できたのです。

各遺伝子を 1 回の投与と考えてください。正常な分岐を得るには、2 つの遺伝子を 4 回投与する必要があります。トマトの DNA には各遺伝子のコピーが 2 つあるため、遺伝子の各コピーから 1 回投与します。しかし、2 つの突然変異体が一緒に働くと、実質的にそれらの投与が打ち消されます。トマトの植物には実質的に遺伝子のコピーが1 つもないのと同じです。

「両方の遺伝子に変異が生じて4回分すべてが失われると、負のエピスタシスが生じ、花が咲きすぎて稔性の問題が生じます」とリップマン氏は言う。「しかし、1回分が失われただけなので、枝分かれした花芽は依然として形成されますが、遺伝子の3回分が残っているため、4回分すべてが失われた場合ほど悪くなることはありません。」

突然変異植物を交配することで 3 種類の用量を得ることができますが、その根底にある遺伝子と遺伝子がどのように連携して働くかを知る必要があります。最も近い類似点は料理です。食品の一般的な風味特性を理解すれば、どの風味が連携して働き、どの風味が互いに打ち消し合うかがわかります。トマトの根底にある遺伝子を研究することで、リップマンは 2 つの突然変異遺伝子の特性を理解し、より生産性の高いトマトを作り出すことができました。

リップマン氏は、このような負のエピスタシスはトマトだけに起きているのではなく、調査を進めればもっと驚くべき事例が発見されるだろうと考えている。

「最も驚いたのは、8,000 年前の突然変異が現代のトマト品種に広く浸透していたため、1950 年代から 60 年代に 2 番目の突然変異が発見され、育種家がそれを利用しようと思ったときに、壁にぶつかったことです。その壁とは、古い突然変異でした」とリップマン氏は言います。「古い突然変異が 50 年代から 60 年代に発見された突然変異に最も近い遺伝子だったという事実は、進化、栽培化、育種の仕組みを非常に見事に示しています。」