トウモロコシは好きですか？交配に感謝

トウモロコシの物語は、決して陳腐なものではありません。トウモロコシは（遺伝的に）利己的であったため、回復力と生存の物語なのです。トウモロコシとその多くの品種は、数千年にわたってさまざまな気候に急速に適応し、アメリカ大陸で数え切れない世代を養ってきました。現在、科学者チームは、利己的遺伝と呼ばれる遺伝プロセスがこの急速な進化の原因である可能性があると考えています。この発見は、8月7日にネイチャー誌に掲載された研究で説明されています。 農業以外の分野にも応用できる可能性があります。

トウモロコシ迷路

約 9,000 年前、トウモロコシはメキシコ低地の先住民によって初めて栽培されました。およそ 5,000 年後、トウモロコシはメキシコ高地のテオシンテ メキシカーナと呼ばれる別の種類と交配されました。この交配により寒さに適応できるようになり、トウモロコシは急速に大陸中に広まりました。科学者たちは、トウモロコシがどのようにしてこれほど急速に広まったのか、いまだによくわかっていません。

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「文明はトウモロコシのような主要作物の栽培に依存しており、人類と同様、作物もしばしば複数回の進化を経る。例えば、現代人はヨーロッパではネアンデルタール人と、アジアではデニソワ人と交配した」と、研究の共著者でコールド・スプリング・ハーバー研究所（CSHL）の遺伝学者ロブ・マルティエンセン氏はポピュラーサイエンス誌に語っている。「現代のトウモロコシはわずか4,000年前にメキシコのテオシントと交配し、非常に短期間で複数の有益な遺伝子を獲得した。」

マーティエンセン氏はRNA干渉を研究している。RNA干渉とは、小さなRNAが遺伝子を沈黙させ、遺伝子の発現を操作できるプロセスである。ウィスコンシン大学の遺伝学者ジェリー・カーミクル氏は、興味深い観察結果を持ってマーティエンセン氏に連絡を取った。半不妊のテオシント交配種を従来のトウモロコシと交配しているとき、その子孫が異常な行動をしていることに気付いた。通常の遺伝であれば、子孫は最終的に完全に不妊または生殖可能になるはずだった。しかし、カーミクル氏がこの交配種をトウモロコシと交配すると、生まれた子孫はすべて半不妊だった。その答えは少々利己的かもしれない。

利己的な相続

これまで科学者たちは、利己的な遺伝子システム、つまり遺伝子ドライブは自然界では非常に稀であると考えていました。

「トウモロコシで遺伝子ドライブが見つかったことは、遺伝子ドライブがトウモロコシの謎の起源に重要な役割を果たした可能性があることを示唆している」とマルティエンセン氏は言う。

新しい研究で、マルティエンセン氏とCSHL大学院生ベン・ベルーベ氏は、半不妊の子孫の花粉粒数百個のゲノムを解析した。その結果、テオシンテゲノムの同じ断片が、染色体5に1つ、染色体6に1つ、それぞれに存在することがわかった。これらは常に遺伝するため、この結果の原因となる遺伝子は、これらの染色体のどこかにあるに違いない。

研究チームは染色体 5 を詳しく調べ、ダイサー ライク 2 と呼ばれる遺伝子を発見しました。この遺伝子は、半不稔性雑種には常に存在するが、従来のトウモロコシには存在しない小さな RNA のグループを生成します。このデータを使用して、研究チームはテオシント花粉ドライブと呼ぶ「利己的な」遺伝子システムを特定することができました。この貪欲なシステムは、この遺伝子ドライブを持たない競合する花粉粒を排除します。トウモロコシとテオシントの雑種は、特定の形質を雌よりも雄に多く受け継いでいきます。

「最も驚くべき発見は、野生のイネ科植物から熱帯トウモロコシ、ポップコーンを経て現代のトウモロコシにいたるまで追跡できる花粉中の単一遺伝子の突然変異によって、現代のトウモロコシが利己的遺伝に対して『免疫』を獲得したことだ」とマルティエンセン氏は言う。「これは、利己的遺伝子システムが長期間にわたって活動していたことを示唆している。」

「トウモロコシのネアンデルタール人」

この発見は農業業界に幅広い影響を与える可能性があるが、すべての生物の家畜化のプロセスについてもさらに明らかになる。もしテオシンテ・メキシカーナが、交配能力を持つという点でマーティンセン氏が「トウモロコシのネアンデルタール人」と呼ぶものであるなら、この利己的な遺伝子ドライブの失われたつながりを発見したことになるかもしれない。それは、トウモロコシがアメリカ大陸で繁栄できた理由を説明できるかもしれない。また、植物や動物の精子細胞（人間も含む）に小さなRNAがなぜそれほど多く見られるのかを説明できるかもしれない。

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「植物生物学における基礎的な発見は、農業をはるかに超えた影響を及ぼす可能性があります。トウモロコシの花粉に含まれる小さなRNAは、遺伝と進化の強力な媒介物であり、同様の小さなRNAが、私たち人間を含む動物の精子細胞にも見つかっています」とマルティエンセン氏は言う。「動物の家畜化、さらには人類の進化においても、同様の役割を果たした可能性があります。」