BeerSci: 大麦の秘密を解き明かす

先月、科学者らは大麦研究における大きな進歩を発表した。彼らはついに大麦ゲノム全体の配列を解読したのだ。これに応えて、一部のメディアは、これがどういうわけかよりおいしいビール（大麦はビールの主要原料の1つ）につながると報じた。確かに、ある程度、大麦ゲノムを理解することで、よりおいしい（あるいはより多くの、あるいはより安い）ビールが生産されるようになるだろう。特に、科学者らが予想しているように気候変動が進み、劣悪な環境条件のために作物の栽培が困難になればなおさらだ。しかし、こうしたメディアの報道は要点を外している。ビールの味を良くするというこうした誇張表現は、NASAの太陽観測衛星の成果を引用し、そのデータで日焼けがもっとよくなると言うようなものだ。この研究の意味合いははるかに複雑である。

背景情報: 大麦は、小麦やライ麦などの他の栽培穀物とともに、コムギ科に属します。これらの作物は、最も古くから栽培されている農作物の 1 つです。考古学的証拠によると、人類は約 10,000 年前に大麦を栽培していました。

国際大麦ゲノム配列コンソーシアムが先月ネイチャー誌に発表したのは、大麦ゲノムの草稿、つまり全遺伝子の部分的に完成した地図だった。これは驚くべき偉業であり、技術的なハードルを克服するのに何年もかかった。大麦ゲノムは5.1ギガベースで、ヒトゲノムの1.3倍の大きさであり、大麦ゲノムの多くは繰り返し配列で構成されているため、それらの冗長な配列がどこにあるのかを正確に把握するのは困難である。

この研究の目的は、最終的には大麦を改良して、現在の栽培品種（望ましい特性を持つように特別に作られた大麦の特定の品種）よりも病気や悪条件に対する耐性を高め、植物の食物繊維含有量を豊かにし、そしておそらく穀粒を微調整してビール製造の効率を高めたり、ビール製造に適したものにしたりすることです。

しかし、それはまだ先の話だ。私は、ドイツのライプニッツ植物遺伝学・農作物研究所の研究者で、大麦ゲノムプロジェクトの主任研究者の一人であるニルス・シュタイン氏にこの論文について話を聞いた。シュタイン氏は、彼らが発表したのはゲノムのほんの最初の草稿に過ぎないことを強調した。彼らは物理的な地図、つまり個々の文字の位置をすべて把握しているが、その地図上のすべての遺伝子の位置を把握しているわけではない。基本的に、それは小説の中ですべての文字がどこにあるのかを知っていても、それらの文字がすべて単語にどのように分割されるかはよくわからないのと同じだ。コンソーシアムのメンバーは、いくらかのデータを持っている。彼らは、大麦が全部持っていると推定される遺伝子の数（30,400）の約3分の2にあたる24,154個の遺伝子の位置を物理的な地図にマッピングすることができた。

それに加えて、彼らは異なる大麦の栽培品種のゲノムを比較しました。ゲノム配列が解析された主な品種であるモレックスは、6 条大麦です。スタイン氏に、調査した他の栽培品種はすべて 2 条大麦だったのに、なぜモレックスを最良の「基準」と考えたのか尋ねました。スタイン氏は、USDA が過去にモレックス栽培品種について重要な研究を行っており、最もよく知られている品種であるため、さらなる研究のための良い基盤を提供していると説明しました。

自家醸造家を目指す人がなぜ気にする必要があるのでしょうか。それは、2条大麦と6条大麦はマッシュでわずかに異なる挙動を示し、それが醸造効率と完成したビールの特性に大きな影響を与える可能性があるからです (この複雑な現象については、今後のコラムで取り上げます)。栽培品種の遺伝的差異について知りたいと思うほどオタクな人なら、一塩基変異研究でどの種類の大麦が使用されたのか興味を持つだろうと思いました。

コンソーシアムの科学者が6条および2条の大麦のさまざまな栽培品種を比較したところ、セントロメア付近の染色体領域には1)多くの機能遺伝子があり、2)栽培品種内およびある程度は栽培品種間で大きな変化が見られないことがわかった。結論としては、染色体の末端だけが頻繁に組換え（DNAの塊の交換）を起こすということだ。これは将来の大麦科学者が乗り越えるべきハードルとなるだろう。育種中に栽培品種間で移す必要のある遺伝子が互いに組換えを起こさなければ、より優れた、より病気に強い大麦を育種することはできない。スタイン氏は、セントロメア付近のアクセスしにくい遺伝子を標的にするために遺伝子組み換え技術を使用できることは明らかにしたが、大麦の遺伝子のすべてがその領域に存在するわけではないこともすぐに説明した。従来の育種家が改変できる形質はたくさんあるのだ。

今後、スタイン氏は、大麦の物理地図とトランスクリプトーム（タンパク質や調節RNAなどの遺伝子産物）上の遺伝子の位置をより明確に把握したいと考えています。これにより、科学者は遺伝子発現がどのように制御されるかをより深く理解できるようになります。その結果、植物育種家が遺伝子発現を自ら制御する方法についての手がかりが得られるでしょう。

スタイン氏はまた、大麦はゲノムがさらに複雑な関連作物を理解するための優れたモデルゲノムになるだろうとも述べている。例えば、小麦は六倍体（各染色体の複製が6つ、大麦は2つ）で、そのゲノムは17ギガベースという巨大な大きさだ。大麦と同様に、小麦は世界で最も重要な主食の1つであり、気候変動に直面した大麦と同様に、干ばつ、病気、害虫、汽水、劣悪な土壌といった環境的圧力に直面することになる。

したがって、生物のゲノムの無数の複雑さと、そのゲノムの時間的、空間的、構造的構成を解明することは大変な作業ですが、200 語のニュース記事でまとめられるほど重要な作業ではないことがわかります。

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