神戸大学大学院農学研究科の石川亮准教授、石井尊生教授、井上一哉教授、国立遺伝学研究所、英国?ユニバーシティカレッジロンドン、ウォーリック大学、ミャンマー?イエジン農科大学、カンボジア?農務省からなる国際共同研究チームは、日本人、そしてアジアの人々の主食である栽培イネが、雑草である野生イネから誕生した初期過程において、３つの遺伝子の変異による影響を受けて種が落ちにくくなった可能性を明らかにしました。毛利元就の「３本の矢」の故事のように、この３つの遺伝子の変異ひとつひとつの効果は微々たるものですが、それぞれの遺伝子変異がイネの収穫量に与える影響を検証した結果、３つの遺伝子変異が全て揃うことで穂により多くの種子が残りやすくなることがわかりました。我々の祖先がこの種子の落ちにくいイネを発見して利用することで稲作が始まり、安定して米を確保する道を開くことができたと考えられます。また、この研究成果は将来、イネの種子の落ちやすさ（脱穀程度）の改良にもつながり、種子を無駄なく回収することで収量性を向上させたイネ品種の開発などへの展開が期待されます。
この研究成果は、6月23日 (日本時間) にProceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America (PNAS) にオンライン掲載されました。
ポイント
- イネ種子の落下 (脱粒といいます) を防ぐために必要なqSH3遺伝子の原因変異を解明しました。
- qSH3遺伝子の変異は、YABBYと呼ばれる遺伝子上に生じた１塩基の置換であり、世界で栽培される栽培イネ (インディカ?ジャポニカ) のほぼ全てで変異が見られました。
- qSH3遺伝子の変異が単独だと種子は自然に脱粒してしまいますが、過去に報告されたsh4遺伝子の変異と重なることで、脱粒に必要な離層が部分的に壊れることがわかりました。
- qSH3とsh4遺伝子の変異による離層の部分阻害だけでは、まだ種子が落ちてしまいますが、ここに穂を閉じるSPR3遺伝子の変異が加わると多くの種子が穂に残り収量が向上しました。
- 穂の開閉と離層の阻害の関係を構造力学的に解析したところ、３つの遺伝子の変異が揃うことで、脱粒が抑制されてイネの種子は穂に安定して留まることが裏付けられました。
- 狩猟採集をしていた我々の祖先が、３つの変異を持つ偶然の賜物を目にすることで栽培を始め、イネが作物になる道が開けた可能性が考えられます。
研究の背景
我々が日々口にするイネ (Oryza sativa) は雑草である野生イネ (Oryza rufipogon) に由来することが知られています (図1)。狩猟採種生活をしていた古代の人々が、野生イネの中から農耕に都合の良い性質をもった個体を選んだことが栽培化のきっかけだと考えられています。野生植物は繁殖のために自らの種子を飛散させる種子脱粒性を備えていますが、安定した収量を得るためには種子脱粒性を抑制する必要があります (図2A)。イネにおいても2006年に種子脱粒性の喪失に必要なsh4遺伝子が発見されたことで、この遺伝子の変異がきっかけとなりイネが栽培化されたと考えられていました。しかし、研究チームはsh4遺伝子の変異は種子脱粒性を抑制する効果を持つものの、その効果は単独ではほとんど機能しないことから、他の遺伝子変異が関わっている可能性に着目しました。そこで、本研究は、イネが栽培化された初期過程に焦点を当て、どのように収穫量を向上させて栽培化が引き起こされたかについて解明するため、植物遺伝学?植物考古学?構造力学を専門分野とする異分野の研究者らが連携して研究を進めました。