食糧生産を増やす秘訣を発見しましたか?科学者がトウモロコシと米の収穫量を増やす遺伝子を発見

報道によると、北京時間3月25日早朝、科学誌「サイエンス」が中国農業大学チームと華中農業大学チームの共同科学研究結果をオンラインで公開した。トウモロコシと米の両方に存在する重要な遺伝子が発見されました。実験により、この遺伝子を編集して改良することで、トウモロコシと米の収穫量をそれぞれ約10％と8％増加できると予想されることが示されています。

この2つを兼ね備えた遺伝子はトウモロコシと米の両方の収穫に役立つが、唯一欠けているのは小麦だ。この発見は全人類にとって朗報であると言えるでしょう。これは Science に掲載されたものであり、当然のことです。

今日はこの記事の内容についてお話ししましょう。

実際、タイトルには簡潔に次のように紹介されています。トウモロコシとイネの穀物収量を高めるWD40タンパク質の収束選択

つまり、トウモロコシとイネの収量を増加させることができる遺伝子を発見し、単一遺伝子レベルと全ゲノムレベルの両方でトウモロコシとイネの収束選択を体系的に解析したのです。

この記事を紹介させてください。

01. 食糧は人類にとって第一の必需品であり、食糧の種子は人類にとって第一の必需品である。

数日前にインターネットで「もし全世界が突然私たちを遮断したら、私たちは食糧を自給自足できるのか？」という質問があったのを覚えています。

実際、普段は食糧問題に注目する人は少ないのですが、近年の流行病以降、ロックダウンによって起こるかもしれない食糧不足の問題を多くの人が経験したり、ニュースで見たりしたのではないかと思います。お金や電気の不足と比べると、飢餓こそが生活に対する本当の制約です。これは一時的な隔離に過ぎず、全体的な食糧危機は起きていない。しかし、全国的に食糧不足が起これば、それはその時の短期的な問題ではなく、映画「インターステラー」で人類が直面する問題が食糧問題であるのと同じです。

したがって、食糧危機は実際には目に見えないが、常にぶら下がっている剣なのです。トウモロコシ、米、小麦の三大主食は世界で最も重要な食料であり、人類の人口維持に重要です。例えば、トウモロコシやジャガイモの導入により、我が国のGDPは1億を超える規模で安定することに成功しました。

いかにしてその生産量を増やすかが人類の生存に関わる問題であると言えます。結局、直接食品として使われるのか、それとも間接的に家畜の飼料として使われるのかが非常に重要です。

02. 偶然か必然か？トウモロコシと米

世界の三大主食である小麦は西アジアの人々が栽培し、米は中国人が栽培し、トウモロコシはアメリカ人が栽培しました。

ユーラシア大陸とアメリカ大陸にまたがって分布していると言えます。彼らの祖先は異なり、形や成長も大きく異なりますが、それでも私たちの偉大な祖先は彼らを家畜化するために懸命に努力しました。これは長い改良と人工的な選択のプロセスを経てきました。それで、彼らの間に共通の選択肢はあるのでしょうか?それは「偶然」でしょうか？

今回、中国農業大学と華中農業大学の合同チームがこの問題の解釈に取り組みました。彼らはどうやってそれをやったのですか?

03. トウモロコシの列の数を決定する遺伝子はどれですか?

まず、彼らは野生のトウモロコシを使って特別な6列トウモロコシを作り、非常に「特別な」トウモロコシを作りました。質問です: トウモロコシの列の一般的な数は奇数か偶数か知っていますか?

目的は、トウモロコシの列の数を制御する重要な遺伝子を見つけることです。しかし、これは簡単なことではありませんので、簡単に説明させてください。多くの形質遺伝子は、大まかに 2 つのカテゴリに分類できます。

1 つは品質特性遺伝子で、これは単に特性を決定し、一般的に 0/1 ルールに準拠することを意味します。たとえば、男の子は男の子であり、女の子は女の子です。 1 つのタイプは量的形質であり、これは単に量を決定し、多くの場合連続的な形質を意味します。たとえば、高さは数十センチメートルから 2 メートルを超えるものまでさまざまです。

実際の研究では、前者の方が簡単です。結局のところ、存在と非存在の判定は比較的容易です。しかし、後者は数が連続しているため、重要な形質の遺伝子を見つけるのが難しく、はるかに困難です。それで、今日に至るまで、IQ と身長の遺伝子がまだ発見されていないことにお気づきですか?これが問題です。 （もちろん絶対的なものではありません。小人症を通じて身長遺伝子がいくつか発見されていますが、完全ではありません）。トウモロコシの収穫量もこの法則に準じており、量的形質です。

今回の研究チームの独創的なアプローチは、まず、一般的な数十列のトウモロコシとは大きく異なり、研究しやすい特別な6列のトウモロコシを作成することでした。

次に私の専攻であるバイオインフォマティクスについて説明します。彼らはゲノムの配列を解析し、候補となる遺伝子を探しました。

結果的に、本当に見つけることができて、とてもラッキーでした。以前にも同様の研究を行ったことがありますが、鍵となる遺伝子を見つけるのが非常に難しいため、私の努力は基本的に無駄になりました。

答えは「KRN2」です。

この遺伝子はトウモロコシの穂の列数を直接制御することができます。

この遺伝子は、特に -800 bp から -100 bp の部分で多くの選択を受けています。

次に、研究者らは実験を用いて KRN2 遺伝子を検証しました。

この研究では、KRN2 と別の遺伝子 DUF1644 が相乗的に作用できることがわかりました。

はい、これでトウモロコシの問題は解決しました。

04. お米の収穫量はどうですか？

トウモロコシの問題は解決しましたが、他の作物はどうでしょうか?例えば、米。

なぜお米を思い浮かべるのですか？実は、何らかの関連基盤があるのです。米とトウモロコシには次のような類似点があります。

種子散布の喪失: 比較のために、タンポポがどのように種子を散布するか、トウモロコシの種子が成熟しても穂軸に留まる様子を想像してみてください。

種子の休眠期間の短縮: 誰もが、稲はほぼ休むことなく 1 年に 3 シーズン生育できると想像します。多くの種子は休眠状態のままでなければなりません。

進化の過程で穀物の数が増える：これが最も理解しやすいです。穀物の数が増えると、自然収量も増加します。

このため、両者は収束する傾向があるように思われ、進化の過程で収束しつつあるのかもしれません。

したがって、次のステップは類似の遺伝子を見つけることです。これは簡単です。相同遺伝子、つまり類似の祖先を持つ遺伝子を見つける必要があります (考えてみてください、遺伝子の数は 0 から多数あります)。

実際に見つけました。トウモロコシの KRN2 には、イネの OsKRN2 と呼ばれる相同遺伝子があります。

ほら、次のとおりです

この2つには大きな類似性（相同性）があり、進化上の関係も非常に近いです。

次のステップは検証です。

言うまでもなく、この遺伝子は実際にイネに影響を与え、イネの収穫量制御に関係しています。

05. 結論

さて、この時点で記事は基本的に終了です。

写真を見てください:

この研究ではトウモロコシと米の収穫量を制御する重要な遺伝子が発見された。トウモロコシの遺伝子はKRN2、イネの遺伝子はOsKRN2です。これら 2 つの遺伝子は相同遺伝子です。

私たちの祖先も家畜化の過程で同じ考えを持っていたようです。太平洋によって隔てられた中国人とアメリカ人は、最終的に、遺伝的に類似した方法で米とトウモロコシ、つまり牛を選択しました。

遺伝学では、これらの遺伝子がトウモロコシや米でも同様の選択プロセスを経てきたことも証明されています。

偉大な心は同じように考えるということを示しています。中国人とアメリカ人は同様の考えを見つけました。

そして、これら 2 つの遺伝子は実際に収穫量を決定します。

著者は遺伝子編集を行い、その結果は以下の通りである。

遺伝子編集後、トウモロコシの穂の列数が増加し、収穫量が10％増加しました。米の収穫量は8%増加しました。

この研究に関して言えば、この遺伝子は私の国では重要な知的財産権を持つ遺伝子です。将来的には、米やトウモロコシの品種改良や収穫量の増加にも活用できる。これは、将来的に我が国の食糧安全保障問題の解決にも非常に重要な貢献となると言えるでしょう。

最後に、この記事を読んで、農業は簡単ではないと実感しました。三つの農村問題は我が国にとって重要な課題ですが、常に困難な問題でもあります。今回はトウモロコシと米の収穫量遺伝子を例に挙げてみましょう。農業のトップ校である中国農業大学と華中農業大学でようやく大きな成果を上げるまでに、3世代と18年かかりました。この期間中、多くの修士課程および博士課程の学生が海岸で命を落としました。

国や社会が農業に携わる人々に対してより温かいものになることを願っています。