トウモロコシの起源が更新されました。トウモロコシには2つの「祖先」がいることが判明しました。

私たちが毎日食べている作物はすべて野生由来ですが、それを見つけるのは必ずしも簡単ではありません。例えばトウモロコシ。 21 世紀の最初の数年間まで、トウモロコシの起源は謎のままでした。

最大の問題は、過去数百年にわたり、人類が野生のトウモロコシの祖先を発見していなかったことだ。中南米がトウモロコシの起源であると誰もが信じているが、科学者たちがこの地域の植物群を徹底的に調査した結果、トウモロコシに似た野生種は見つかっていない。

トウモロコシの収穫は岩の間から飛び出した孫悟空のようです。本当にそうなのでしょうか？

人類はトウモロコシを栽培してきた長い歴史を持っています。先史時代、中南米のインディアンはトウモロコシを栽培し、食べ始めました。南米の人類の文明を支えているのはトウモロコシという植物であると言っても過言ではありません。マヤ文化では、トウモロコシの神は非常に重要な神です。トウモロコシは、東アジアの人々にとっての米、西アジアやヨーロッパの人々にとっての小麦と同じくらい、南米の人々にとって重要です。

コロンブスがアメリカ大陸を発見したことで、トウモロコシは世界中に広まり始め、徐々にさまざまな人々の主食となりました。今日に至るまで、トウモロコシは現代の食品産業にとって欠かせない原材料です。食品業界におけるコーンスターチとコーンシロップの頻度は、夜空の月の頻度に匹敵します。

トウモロコシにとって非常に重要であるため、トウモロコシの祖先の探索は決して止まりません。科学者たちは長い期間の研究の末、テオシントと呼ばれる植物に注目しました。

テオシントを今日の穀物作物の基準で見ると、何の取り柄もありません。トウモロコシの祖先であるテオシント植物には多くの枝があり、それぞれの枝には細い穂がいくつか付いています (今日見られるエノコログサのように)。穂には数粒の穀粒しかなく、さらに悪いことに、穀粒はそれぞれ硬い殻に包まれています。

これらの特性がダーウィンの自然選択理論と一致していることは疑いの余地がない。十分に保護された種子が多数あれば、より多くの子孫が生まれ、テオシントの繁殖がより良くなります。しかし、テオシントの様子を見ても、人類の祖先がこれらの頑固な雑草を手間暇かけて噛み砕き、ましてや宝物として農地に植えていたとは誰も想像できないでしょう。

テオシントからトウモロコシへの変化は、2 つの重要な遺伝子の変化に依存します。

最初の突然変異は、染色体 1 の TB1 遺伝子で発生しました。その結果、突然変異体は枝分かれしなくなり、直立した茎が 1 本だけになりました。そのため、穀物生産により多くの栄養素を投入できるようになり、より食用に適したふっくらとしたトウモロコシの粒が生産されるようになりました。

さらに重要なのは、2番目の突然変異、つまり4番染色体上のTGA1と呼ばれる遺伝子の変異です。この突然変異により硬い殻が消え、突然変異体の食用性が大幅に向上しました。人間はもはや、大きな硬い殻に対処する方法を見つける必要はありません。

では、なぜトウモロコシの祖先の遺伝子が偶然に突然変異を起こし、人間が好む形になったのでしょうか？

ここで、トウモロコシの特殊な遺伝子、ジャンピング遺伝子についてお話しします。

1940 年代以前は、生物の DNA 配列は一定であるという共通認識が遺伝学界にありました。簡単に言えば、染色体上の遺伝子の位置は変化しません。しかし、バーバラ・マクリントックという科学者が特別な現象を発見しました。ハイブリダイゼーション実験では、一部の遺伝子は、あたかもゲノム内を飛び回っているかのように、染色体上の位置を変えます。

この急上昇はトウモロコシの粒の色にも影響を及ぼします。特殊な遺伝子「Dissociator（Ds）」が「ジャンプ」すると、トウモロコシの粒の中でアントシアニンを合成する遺伝子がオンになり、トウモロコシの粒が色鮮やかになります。遺伝子がジャンプするかどうかは、「アクティベーター」（Ac）などの他の遺伝子によっても制御されます。

マクリントックは転位理論を用いて、トウモロコシの親と子の間での特定の遺伝子のオンとオフの切り替えを完璧に説明しました。 1983年、マクリントックはジャンピング遺伝子に関する研究でノーベル生理学賞を受賞しましたが、これは当然の受賞だったと言えます。

2009年に、新たなトウモロコシゲノムの配列解析の結果が発表されました。驚くべきことに、トウモロコシゲノムの配列の 85% は、マクリントックが発見したトランスポゾンに属していました。これは、トウモロコシの野生の祖先（テオシント）がなぜそのような驚くべき変化を遂げたのかを説明しています。結局、宝くじをもっと頻繁に引けば、幸運の瞬間が必ず訪れるでしょう。

今日、テオシントがどのようにしてトウモロコシになったのかという物語は、私たちにとってますます明らかになってきています。しかし、物語はまだ終わっていません。トウモロコシの祖先は単一ですか、それとも複数ですか?

これまで、学界では、Teosinteus microphylla 亜種がトウモロコシの唯一の祖先であると信じられていました。しかし、問題がありました。この植物は主にメキシコ南西部の低地で生育し、高地の環境には適応していません。しかし考古学的証拠は、トウモロコシが6,200年以上前に高地に適応していたことを示唆している。

このとき、Teosinteus zea と呼ばれる別の亜種が研究者の目に留まりました。この種は主にメキシコ中部の高地で生育します。

2023年12月、科学誌「サイエンス」に発表された研究で、華中農業大学国家作物遺伝子改良重点実験室のヤン・ジエンビン教授のチームとカリフォルニア大学デービス校の研究チームは、テオシントと現代のトウモロコシの1,000以上のサンプルと、南北アメリカの9つの古代トウモロコシのゲノムデータを分析した。結果は、メキシコ高地テオシント亜種の遺伝子がトウモロコシに侵入したことを示しました。

これを基に、研究チームは各材料におけるテオティワク亜種の遺伝子浸透断片の割合を正確に特定し、現代のトウモロコシ1品種のゲノムの平均約18%がテオティワク亜種ゲノムの浸透に由来していることを発見し、テオティワク亜種が現代のトウモロコシの2番目の「祖先」であることを証明した。

こうして、人類によるトウモロコシの栽培化の物語は新たな章を迎えた。元々栽培されていたトウモロコシは、メキシコ南西部の低地で生まれ、その後、人間の活動の影響を受けて初めて広まりました。 6,000年以上前、最初の栽培トウモロコシは、メキシコ中央部の高地にあるメキシコ高原で偶然にテオシントの亜種と交雑し、トウモロコシが高地環境に適応するのに役立ちました。

この交配された古代トウモロコシは、現代のトウモロコシの普及の新たな出発点となりました。アメリカ大陸で二度目に栽培化され、広まり、最初の広まりから残った古代のトウモロコシに徐々に取って代わり、現代のトウモロコシの「祖先」となった。

この起源のプロセスを理解することが何の役に立つのかと疑問に思うかもしれません。これにより、将来的に優れたトウモロコシ品種を選別するための新しいアイデアとハイブリッド材料の選択肢が得られます。それは人類の農業の歴史を理解する上でも大きな意義を持っています。

私たちが毎日食べている作物はすべて野生由来ですが、それを見つけるのは必ずしも簡単ではありません。例えばトウモロコシ。 21 世紀の最初の数年間まで、トウモロコシの起源は謎のままでした。

この記事は、科学普及中国星空プロジェクトの支援を受けた作品です。

著者: Shi Jun、Ph.D.中国科学院植物学博士

査読者: 楊来生、蘭州農業科学院研究員

制作：中国科学技術協会科学普及部

制作：中国科学技術出版有限公司、北京中科星河文化メディア有限公司