研究室で精密分子育種を行っているこの科学者は、カラシナの塊茎の完全なゲノムマップを世界で初めて作成した。

記者 ウェン・ダンニー 写真家 ジン・ジンシン

この号では以下の結果を掲載します。

アブラナ科野菜のゲノム情報と重要な形質の遺伝的基礎の解析

この号の発行者:

Zhang Mingfang、浙江大学 Qiushi 特別教授

功績賞レベル:

浙江省自然科学賞一等賞

私の国は世界最大の野菜の生産国であり、消費国でもあります。 「春には川の源流にナズナが咲く」から「牛皮と古い柳の木の下でキュウリが売られる」まで、中国人の食卓と野菜との関係は、時の流れとともに進化してきました。

伝統的な経験に基づく選抜育種から、今日私たちがよく知っている雑種強勢育種まで、わが国の野菜育種は現在、分子育種3.0時代への移行段階にあり、将来的にはインテリジェントデザイン育種4.0時代に向かって進み続けるでしょう。

種子は世界を変えることができる、そして種子の品質を決定する遺伝子は重要であると言う人もいます。種子は農業の「チップ」であり、遺伝子は種子産業の「チップ」であると言えます。浙江大学の著名な教授である張明芳氏は、ゲノム情報を使って種子を「変える」専門家である。

張明芳教授は30年にわたり野菜の遺伝子育種に携わってきました。彼と彼のチームは、ゲノム情報解析、機能遺伝子マイニング、重要なアブラナ科とウリ科の野菜作物の優れた遺伝資源の創出の分野で一連の独創的な成果を達成し、我が国の野菜分子設計育種のプロセスを効果的に推進しました。

浙江省科学技術賞授賞式において、張明芳教授チームの成果「アブラナ科野菜のゲノム情報の解析と重要形質の遺伝的基礎」が、浙江省野菜園芸分野で初の自然科学一等賞を受賞しました。

彼は世界初のカラシナの完全ゲノム地図を作成した。

カラシナの「家系図」についての理解を深めました

「遺伝子編集」という用語は、以前は生物医学の分野でよく使われていました。張明芳教授は、遺伝子編集は農業分野における5G技術とも言えるが、現時点では遺伝子編集などの新技術はわが国では広く利用されていないと語った。野菜に関しては、いくつかの作物についてのみ研究が行われています。

張明芳教授のチームは、主に我が省（国）で経済的価値の高い2種類の野菜作物、アブラナ科のマスタードとウリ科のメロンを中心に、関連する遺伝資源の革新と分子設計育種研究を行いました。

マスタードグリーンはよく知られていないかもしれませんが、ザーサイはよく知られています。実際、からし菜は漬けると、江蘇省や浙江省のザーサイや梅干し、貴州省の老干麻辣菜など、私たちがよく知っているさまざまな漬物になります。ウリ科の野菜も私たちの「古い友人」です。スイカ、メロン、カボチャなどはすべてウリ科の野菜です。

張明芳教授のチームは、世界で初めて異質四倍体カラシナ塊茎の高品質ゲノムを解読し、カラシナ塊茎作物の機能ゲノム研究のゲノム基盤を築きました。

より風味豊かなマスタード塊茎を栽培するにはどうすればいいでしょうか?張明芳さんは、マスタードの独特の風味の秘密は、マスタードにグルコシノレートが豊富に含まれており、グルコシノレートの異なる成分が異なる風味の質の形成を決定することだと皆に話しました。そこで、張明芳氏の研究チームは、マスタード植物群におけるグルコシノレートの成分と含有量を体系的に評価し、新たな全ゲノム関連解析法を用いてグルコシノレートを制御する遺伝子座を発見した。

からし芋の漬物のほか、多くの人が夏に最も好むスイカも、張明芳さんのチームの貢献の成果です。果樹農家が最も恐れているのはスイカが割れることだということは、誰もが知っています。割れにくく、品質の良いスイカを育てるにはどうすればいいでしょうか?これは難しい問題です。メロンの割れ方は典型的な複雑な形質であるため、手のひらで押すだけで私たちが考えるほど単純に判断できるものではありません。メロンの割れを制御する遺伝子を正確に見つけるには、それを定量化する正確なデジタル指標が必要です。

張明芳氏のチームは、割れにくいスイカと割れやすいスイカの遺伝的に隔離された集団を構築することにより、スイカの皮の硬さを制御する遺伝子が染色体10にあることを発見した。張明芳氏は「血液型」を例えに挙げた。割れにくいスイカを「A型」とすると、割れにくいスイカは「B型」、割れにくいスイカは「AB型」、両方を兼ね備えたものは「AB型」となります。今では、「血液型」を検査することで、シャキシャキして甘く、割れにくいスイカの品種を育てることができます。

【科学記事】

遺伝子編集 × 野菜育種

「これまで育種とは突然変異を発見して利用することとされてきましたが、遺伝子編集とは、突然変異を狙い通りに作り出し、利用することです。遺伝子編集は、正確かつ迅速に突然変異を起こさせることができ、遺伝資源に制限されません。我が国ではまだ遺伝子編集に関する法律は制定されていませんが、この育種技術は今後のトレンドの一つとなるでしょう。早期の技術準備をしっかり行わなければなりません。」

生殖能力の「スイッチ」遺伝子

「私たちはカラシナで初めての細胞質雄性不稔系統を作り出し、カラシナの雑種強勢の技術的ボトルネックを打破しました。これを基に、アブラナ科作物で初めての稔性逆転変異系統を作り出し、アブラナ科野菜の稔性の人工的転換に成功しました。つまり、私たちは不稔性を稔性に変える技術を持っており、私たちの遺伝資源が外国の不稔性物質に制限されることはなく、外国の技術の独占を打ち破ることになります。」

分子設計育種

「近年、植物（作物）ゲノムに代表されるオミックス技術の台頭により、分子育種から精密育種への発展が大きく促進されました。例えば、当研究室では、ゲノム情報解析から育種に使える遺伝子マイニングまで、ゲノミクスを基盤としたハイスループット野菜精密育種技術システムを構築し、最終的には高品質で耐性が高く、適応力の広い新品種の選抜・育種を実現しています。」

インテリジェントデザイン育種

私たちは、マルチレベルのバイオテクノロジーと情報技術を活用して、分子設計育種の知能化に向けた発展を推進し、作物育種の「科学的」から「知能化」への破壊的な変革を実現します。