オオムギの二毛作適応を支える2遺伝子の組み合わせを特定

中国のオオムギ育種の80年間を調べた研究で、出穂と成熟を早め、二毛作への適応を支える2つの遺伝子の組み合わせが特定されました。研究チームはオオムギとコムギの塩基編集実験でもその働きを確かめ、栽培日程に関わる遺伝的な変化と効果を結び付けました。

夏作物へつなぐため、晩春までに収穫

中国中部・東部の一部では、秋にまいたオオムギを晩春に収穫し、続けてイネなどの夏作物を育てています。同じ土地で作物を続けて栽培する二毛作では、後の作物へ切り替えるために、オオムギが適切な時期に成熟する必要があります。

早い収穫は、生育終盤の高温や雨を避けることにもつながります。この地域で長く続いてきた栽培体系では、早い開花と成熟が、初夏の高温によるストレスの回避と、夏作物との柔軟な作付けを支えてきました。

505品種から育種で選ばれた組み合わせを追跡

研究チームは、中国の代表的なオオムギ505品種を使い、近代育種の80年間に残されたゲノム上の変化を調べました。そこで見いだしたのが、開花時期に関わる「PHYTOCHROME C（PhyC）」と「VERNALIZATION 1（VRN1）」の組み合わせです。

この組み合わせは、PhyCのタンパク質を構成するアミノ酸が1つ置き換わった変異と、冬型のVRN1のハプロタイプからなります。ハプロタイプとは、一緒に受け継がれる遺伝的な変異の組み合わせを指します。

このPhyCの変異は、穂が出る「出穂」と成熟の時期を早めます。変異を持つ品種の割合は、近代の秋まき品種で大きく上昇していました。研究チームは、PhyCとVRN1の組み合わせが近代育種の過程で選ばれ、二毛作への適応を支えてきたと位置付けています。

日長と低温が麦の生育時期に関わる

開花時期は、オオムギやコムギの生育を左右する要素です。両作物では、穂のもとになる構造ができ始めてから開花までに数週間かかることがあり、その間に穂や花の発達が進みます。

穂が葉鞘から外へ出る段階が出穂で、その数日以内に開花・受粉が起こります。

オオムギやコムギには、長期間の低温にさらされることで開花が促される冬型と、そうした低温を経ずに開花できる春型があります。この低温による開花の促進が「春化」です。

また、オオムギとコムギは、日が長くなると開花が促される性質を持ちます。日長が開花前の各段階に及ぼす影響は、春型か冬型か、春化を経たか、品種が持つ日長への反応によって異なります。

塩基編集で自然の変異の働きを検証

研究チームは、DNAの構成単位である塩基を狙って変える「塩基編集」をオオムギとコムギに用い、PhyCの変化と早い出穂・成熟との因果関係を確かめました。実験では、PhyCとVRN1からなる仕組みが、両作物を含むコムギ連で共通して働くことも示されました。

塩基編集には、DNAの2本の鎖をともに切断せずに、狙った塩基を編集する方法があります。一方、多くのゲノム編集では、DNAを切断した後の細胞の修復機構を利用し、その過程で小さな配列変化を生じさせます。

研究チームは、こうした適応に関わる遺伝子の組み合わせを精密なゲノム編集で再構成する手法を、気候変動に対応する作物設計へつなげられると評価しています。