バナナの遺伝子コードを解読：野生の果物から現代の珍味へ

制作：中国科学普及協会

著者: 劉欣 (中国科学院華南植物園)

プロデューサー: 中国科学博覧会

バナナは私たちの日常生活でとても身近な果物ですが、あなたは本当にバナナを「古くから知っている」のでしょうか?

バナナ（Musa spp.）はスイートバナナとも呼ばれ、バショウガ科、ショウガ目、単子葉植物、バショウ属に属する大型の多年生草本開花植物です。

バナナは一般的に、インドや中国南部を含む東南アジア原産であると考えられています。古代中国の書物では、バナナ、プランテン、スイートバナナが同じ意味で使われることが多い。バナナを食べることに関する詳しい記録は『其民要術』第10巻にあります。光志さんはこう言う。「皮を剥くと、黄白色でブドウのような味がして、甘くてサクサクしていて、食べごたえもあります。」古代中国ではバナナが食用とされていたことがわかりますが、その味は私たちが普段食べているバナナとは大きく異なっていたようで、種も入っていました。

不思議ですね。今食べているバナナはなぜこんなに美味しいのでしょうか。古代の書物に書かれているものと違うのでしょうか。バナナは私たちの知らないうちに密かに進化してきたのでしょうか？

バナナガーデン

（写真提供：Veer Gallery）

バナナ：進化したのではなく、栽培化された

バナナは一般的にバショウ属の野生種を指します。苦味があり、種が多く含まれているため、食べられません。私たちが普段食べているバナナは、一般的には家畜化された栽培バナナを指します。

厳密に言えば、プランテン、バナナ、スイートプランテンのいずれであっても、それらはすべて抽象名詞であり、特定の品種を指すものではないため、現代人はそれらを互換的に使用することが多いです。

種付きの野生のバナナ。左の写真は、熟すと自然に弾ける鮮やかな色の皮を持つ野生のバナナ（Musa velutina）です。右の写真は、この種の採取された種子を示しています。

（写真提供：中国科学院華南植物園）

では、まずいバナナを人間が食べられる品種に栽培化することを最初に考えたのは誰でしょうか?

食べることと学ぶことが大好きな科学者たちの研究と分析により、ニューギニア地域がバナナの最古の栽培中心地である可能性があることが徐々に明らかになり、初期の栽培記録もここで発見されました。

現在食べられる種なしバナナのほとんどは、主に2つの野生種、 Musa acuminata （学名 Musa acuminata、AA、ほとんどが長い果実をつける）とMusa balbisiana （学名 Musa balbisiana、BB、ほとんどが丸くてふっくらとした果実をつける）から来ています。これらは種内または種間の交雑によって形成され、現代のさまざまな栽培バナナの生産につながりました。

左の写真はバナナの木の果実を示しています。右の写真はバナナの木の果実を示しています

（写真提供：中国科学院華南植物園）

市場に流通している一般的な栽培品種は、人工交配によって生産された三倍体であり、主にバナナ（AAA）、プランテン（AAB）、ピンクバナナ（ABB）の3つのカテゴリーに分類されます。

バナナ（左）、プランテン（中央）、ピンクバナナ（右）

（写真提供：Veer Gallery）

これらは単為結果性であり、つまり受粉なしでも果実を生産できる。種子が不足しているため、生産における大規模な植栽には一般に組織培養が使用されます。これを読めば、バナナの黒い種を取り除き、味を良くするために「殺菌」という方法が使われていることが分かるでしょう。

真ん中の黒い点は、種子の分解によって残った種皮です。

（写真提供：Veer Gallery）

バナナは広く食べられている

私たちは通常、バナナを食後のおいしい果物だと考えていますが、バナナの食べられる面はそれだけではありません。

不完全な統計によると、バナナ属の野生種は 100 種未満ですが、栽培されているバナナの品種は最大 1,000 種あります。これらの品種は、主に果実を目的として、約 140 か国で広く栽培されています。味があまり良くない場合は、バナナビールやバナナワインなどのワインを作ることも検討できます。

それだけでなく、栽培バナナの偽茎と葉も繊維を生産することができ、根には大量のデンプンを蓄積することができます。一部の発展途上国では、バナナは今でも人々にとって重要な食料備蓄となっています。

バナナの品種によっては生食には適さないものもありますが、糖分や水分が少なく、食物繊維が豊富で、生で食べると味が粗いですが、調理（蒸す、茹でる、焼く、揚げるなど）すると、食卓で美味しく食べられ、アフリカ諸国では主食としても使われています。

プランテンパフ：アフリカの人気のストリートスナック

（写真提供：Veer Gallery）

これらの調理用バナナは、一般的に A. albizia (AAB) 科に属し、一年中実をつけ、非常に耐久性があるため、飢饉の際には貴重な食料源となります。

私たちはバナナだけを食べるのではありません。

もちろん、科学者によるバナナに関する研究は「食べる」という言葉に限定されません。ゲノミクスの研究分野の台頭と発展に伴い、科学者は2007年から果物作物のゲノム研究を実施し、ブドウ、パパイヤ、リンゴ、森のイチゴなどの果物の遺伝的秘密を探っています。

重要な果物作物の順序のタイムライン

（画像出典：参考文献[1]）

最初のバナナゲノム、厳密に言えば最初の野生オオバコ（Musa acuminata）ゲノムは2012年に配列決定され、下流の機能育種研究を大幅に促進しました。

最初のMusa acuminataゲノムは2012年にNature誌に発表された。

（画像出典：参考文献[2]）

その後10年間で、野生バナナのゲノム研究は数多く行われたが、栽培バナナの参照ゲノムは公開されなかった。栽培バナナは倍数体であることが多く、ヘテロ接合性が高く、反復配列の含有量が多いため、ゲノムを解析するのは容易ではありません。

野生バナナのゲノムが初めて公開されてから10年後の2022年8月、中国科学院華南植物園の研究チームは、栽培バナナ（AAA）の全ゲノム研究を実施する計画を立て、栽培バナナの全ゲノム遺伝子構成を明らかにし、栽培バナナの遺伝的祖先をたどり、主要な栽培化形質を特定するための研究基盤を築くことを目指しました。

研究チームが選んだ品種は、世界中で広く栽培され、市場シェアの約50％を占めるブラジル産バナナのキャベンディッシュ種に属する。これまでにもキャベンディッシュバナナのゲノムに関する研究は行われてきましたが、解像度と完全性は不十分でした。科学者たちはキャベンディッシュの完全な参照ゲノムの解読を熱心に待っています。

おいしいのに病気に強いわけではないのはなぜですか?

全ゲノム情報は、家畜化のプロセスをより深く理解するのに役立ちます。栽培バナナの風味形成に重要な役割を果たす遺伝子はどれですか?栽培バナナは一般に野生バナナよりも病気に弱いのはなぜですか?

これらの疑問を念頭に研究チームはさらに調査を進め、スクロース/二糖類/オリゴ糖代謝経路、デンプン代謝経路、芳香物質の合成に関連する経路など、果物の品質と風味に関連する遺伝子ファミリーが大幅に拡大していることを発見しました。つまり、バナナ果実の甘味、柔らかな食感、香りなどの形成に関与しているのです。

新鮮なバナナと調理用バナナの味と風味の大きな違いは、これらの遺伝子によって制御されている可能性があります。新鮮なバナナは甘い味がする傾向があり、これは果実が熟成する過程で可溶性糖が蓄積されることに関係しています。

華南植物園のブラジルバナナ

（写真提供：中国科学院華南植物園）

栽培されたバナナは風味が良いですが、野生種の方が病気に強いようです。この状況はバナナに限ったことではありません。ほとんどの作物は、栽培化の過程で病害抵抗性が低下する傾向がありますが、これは主に栽培化の過程で遺伝的要素が徐々に均質化されるためです。

特にバナナの場合、その特殊な無性生殖方式により、世界中のブラジル産バナナは同じ個体から得られ、同じ DNA セットを持っている可能性があります。ある個人が病気にかかりやすい場合、すべての個人がその病気にかかりやすいことになります。一例として、一世代前に世界的に人気の大麦品種が市場から姿を消す原因となったフザリウム萎凋病が挙げられます。残念なことに、近年ブラジルのバナナも萎凋病にかかりやすいことが発見されました。

研究者らは病気耐性遺伝子座についてゲノム全体を検査し、ブラジル産バナナには野生バナナに比べて耐性遺伝子が少ないことを発見した。

これは従来の知識と一致していますが、ブラジルバナナの単系統起源（耐性遺伝子は親から直接受け継がれるため、耐性遺伝子は親と一致するはず）を考慮すると、この結果は驚くべきものです。研究者たちは、ブラジルバナナの複雑な栽培化プロセスがこの独自性を生み出した可能性があると考えています。さらに、研究者らは、フザリウム萎凋病に対する耐性と関連する第3染色体と第10染色体の領域も特定し、フザリウム萎凋病に関する将来の研究の方向性を示した。

結論

作物の栽培化プロセスを理解することは、多くの場合簡単ではありません。たとえば、アジアの米（ライスとも呼ばれる）の起源は長い間議論の的となってきました。三倍体バナナゲノムの解析が成功したことで、バナナの遺伝学と育種にとって重要なリソースが提供されます。栽培バナナの祖先と栽培化の過程を明らかにすることは、バナナの多様性がどのように形成されたかを理解するのに役立つ、もう一つの極めて重要な課題であり、将来のバナナ育種の鍵となります。

将来、植物学者は大規模な遺伝資源調査と集団レベルの研究（個体とグループ間の類似点と相違点の比較）を組み合わせて、栽培バナナの栽培化の起源プロセスをさらに明らかにし、育種家が交配に適した品種を選択できるようにします。

小さなバナナには、人類が果物を栽培してきた秘密が隠されています。将来、植物学者はさらに多くの栽培の秘密を私たちに明らかにするでしょう。楽しみにしてますか？

参考文献:

[1]Wang R, Li X, Sun M, et al.果樹の栽培化と遺伝的改良に関するゲノム的知見[J]。植物生理学、2023年：kiad273。

[2] D'hont A、Denoeud F、Aury JM、他。バナナ（Musa acuminata）ゲノムと単子葉植物の進化[J]。ネイチャー、2012、488(7410):213-217。