学者 鍾 康: 作物育種の進化史: 野生の家畜化からインテリジェントデザインまで

編集者注：習近平総書記は「科学の普及は革新的な発展を達成するための重要な基礎作業である」と指摘した。科学技術の高度な自立を実現するために、中国科学技術協会科学普及部と光明オンラインは共同で「学者によるハイエンド科学普及」コラムを立ち上げ、各分野の学者を招いて我が国の現在の科学技術上のホットな問題に権威ある回答をもらい、より多くの科学技術者が科学研究と科学普及能力を向上させるよう導き、全人民の科学リテラシーの向上を促進し、科学技術強国の建設に科学普及に貢献しています。 #1000万のIPが科学技術を生み出す

植物は人間にとって主な食料供給源です。世界中にはおよそ 30,000 種の食用植物がありますが、人類が世界の食料として利用しているのはそのうちの 30 種だけです。そのうち、米、小麦、トウモロコシ、モロコシ、キビ（アワやモロコシなど）の5種類の穀物が、世界人口の総エネルギーの60％を供給しています。 10 種類の作物が、人間と家畜が消費する食料の 95% を供給しています。

自然が与えてくれる種をいかに効率的に活用できるでしょうか？原始社会から農耕社会、そして現代社会に至るまで、天然植物資源の利用は時代によって異なってきました。原始社会では、私たちは自然界に存在するあらゆる種の資源を単純に収集して食べていました。農耕社会において、人間は種を家畜化し始めました。

たとえば、栽培米は野生米から栽培化されました。ワイルドライスは脱穀傾向が強く、芒が長く、殻が固く、脱皮が難しいなどの特徴があるため、人間の利用には適していません。数万年にわたる栽培と選択を経て、栽培米は、粒が大きく、芒が短いかまったくなく、収穫量が多いなどの特徴を発達させました。

野生植物を栽培作物に変えるプロセスは、栽培化と育種と呼ばれます。栽培作物となった後、いくつかの品種が形成され、それらは「農家品種」と呼ばれます。生物遺伝学の知識が不足していた時代には、野生植物の栽培化と育種は完全に経験に依存しており、育種 1.0 の時代に属していました。

19 世紀以降、生命科学の発展により育種技術は継続的に向上してきました。 20 世紀初頭、遺伝理論が開発され、科学者たちは遺伝と変異の謎を探求し始めました。最も代表的な育種技術は、1930 年代のハイブリッドトウモロコシなどの交配技術です。これまで、一部の作物は主に遺伝子交配によって育種されてきました。この遺伝子育種技術の応用は「Breeding 2.0」と呼ばれています。欠点としては、効率が低いこと、新品種の栽培には一般的に10年以上かかること、画期的な品種を選ぶのが難しいことなどが挙げられます。

分子生物学の発展後、科学者たちは繁殖が実際には遺伝子によって制御されていることに気づき始めました。遺伝子は生物の外見や特徴を決定し、その外見や特徴を子孫に伝えることもできます。そのため、遺伝子組み換え技術などの分子生物学技術が育種の分野に応用され、特定の遺伝子や特定の遺伝子断片を補助的な育種として利用するようになり、これを分子育種3.0の時代と呼んでいます。

分子生物学に基づく分子育種により育種レベルと効率が大幅に向上しました。分子生物学技術により、「どの遺伝子が作物の特性を正に制御し、どの遺伝子が負に制御するか、そしてそれらの間のネットワーク関係」を迅速に判断できます。遺伝子組み換えと遺伝子編集により、科学者は野生種をわずか数年で現代人のニーズを満たす新しい種に素早く「家畜化」することができます。

我が国の農作物の多くはまだ育種2.0と3.0の段階にありますが、21世紀に入ってからはゲノム編集技術によって農作物の育種は4.0段階、つまり設計育種へと押し上げられました。つまり、遺伝子モジュールとその非線形結合理論、および合成生物学の考え方に基づき、計算生物学と人工知能の助けを借りて理想的な品種を設計し、育種サイクルを大幅に短縮し、育種効率を向上させます。たとえば、稲の見た目をデザインできるようになりました。必要な各特性は特定の遺伝子の状態によって決まるため、これらの遺伝子を有機的に統合することで、1 つの植物で必要な特性をすべて同時に実現できます。この作物は私たちが望んでいる品種です。現在、我が国の稲作は国際的にもトップレベルにあり、ゲノミクスやシステム生物学を活用して品種を設計することができます。

現在、我が国は「食糧大観」を提唱しており、主食だけでなく、私たちが食べる野菜や果物、飲むお茶などもこれに含まれます。これらの作物の改良は、我が国の植物科学者と切り離せない関係にあります。植物科学者は現代の生物学的手法を用いて育種技術の急速な発展を促進し、作物の品種を豊かにするだけでなく、作物の栄養価を創造的に向上させ、食糧安全保障と重要な農産物の安定供給の確保に強力な支援を提供してきました。

計算生物学と合成生物学の技術が急速に発展するにつれて、デザイン育種は将来の競争における新たなトレンドとなり、知能と精度に向けてさらに発展していくでしょう。そのために、科学者は積極的に新しい現象を探求し、新しいメカニズムを明らかにし、新しいキャリアを構築し、新しい技術を開発し、新しい研究システムを確立して、植物科学の発展を総合的に推進し、食糧安全保障とビッグフードコンセプトに貢献する必要があります。

（この記事は、中国科学院院士の鍾康氏が「中国細胞生物学会科学普及マスターキャンパスツアー」イベントで共有したもので、光明オンラインの記者の肖春芳氏と呉月同氏がまとめたものです）