遺伝学では、1＋1が0になることがあります。本来互いに協調して働き、互いの効果を増幅させるはずの遺伝子が、時として相殺してしまうことがあります。木曜日にCell Press誌に発表された研究は、現代の栽培トマトを生み出した遺伝子変異を検証し、こうした相殺がどのように起こるのか、そしてそれをどのように利用してより生産性の高いトマトを作り出すことができるのかを解明しています。
現代のトマトは、8000年から1万年前の農業普及とともに生じたと考えられる突然変異の結果です。古代のトマトは、より小型で、色が濃く、ベリーのような果実でした。この突然変異により、果実が大きく成長し、今日私たちがよく知る、ボリュームのあるトマトへと発展しました。基本的にすべてのトマト、たとえ伝統的な品種であっても、この突然変異は起こっています。
1950年代、キャンベルスープ社の「mmm mmm good」畑で、「ジョイントレス」と呼ばれる2つ目の突然変異が発見されました。この突然変異体は、トマトの実につながる茎の肘のような曲がりをなくしたことで注目を集めました。これには2つの利点がありました。第一に、この突然変異を持つトマトは、折れて地面に落ち、傷ついたり腐って食べられなくなったりする可能性が低くなります。第二に、機械式収穫機によるトマトの収穫が容易になります。
育種家たちは、節のない突然変異を持つトマトと、大きく実り豊かなトマトを生み出す以前の突然変異を組み合わせることができれば、より生産性の高いトマトの植物が生まれるだろうと考えた。
しかし、育種家たちがこの2つの品種を交配させた結果、期待していたような、節のない大きく美しいトマトは生まれませんでした。交配の結果、確かに節はないものの、枝や花の数が非常に多く、果実を成すエネルギーをはるかに超えるトマトが誕生しました。結果として、トマトの数は減少しました。
「形質を決定する遺伝子は、通常の植物では遺伝子ファミリーのメンバーであることが多く、これらの遺伝子ファミリーは互いに連携して形質決定へと向かっています」と、コールド・スプリング・ハーバー研究所の植物生物学者で本研究の著者であるザカリー・リップマン氏は述べています。ある形質の成長と発達に影響を与える遺伝子の変異があると、同じ形質に寄与する2つ目の変異が発生する可能性があります。しかし、この変異は形質を改善するどころか、むしろ悪化させてしまうのです。
遺伝子同士が及ぼす影響はエピスタシスと呼ばれます。リップマンが述べているような、節のないトマトが本来のトマトと融合した際に見られた、この種の打ち消し合いは、負のエピスタシスと呼ばれ、トマトに限ったことではありません。
「1920年代から1930年代にかけて、タバコの植物を交配して新しいハイブリッド品種を作出した素晴らしい例があります」とリップマン氏は言います。「ハイブリッド品種は、通常、ハイブリッド品種を作る際に期待される活力効果を示すどころか、実際には自己免疫反応を示しました。植物は、実際には病原体に攻撃されていないにもかかわらず、まるで攻撃されているかのように枯れ始め、死んでいったのです。」
育種家たちは最終的に2つのトマトの変異体を交配させることに成功しましたが、それは比較的行き当たりばったりの出来事でした。リップマン氏と彼のチームは、枝分かれと開花の間に根底にある遺伝的関係を研究することで、なぜこの相殺効果が生じるのかをより深く理解し、よりバランスの取れたトマトを生み出すことができるのではないかと考えました。つまり、枝分かれが少し多くなり、花が少し咲きながらも、株全体に負担をかけすぎないトマトです。
そして彼らはまさにそれを実現したのです。
それぞれの遺伝子を1回分の投与量と考えてください。正常な分岐を得るためには、2つの遺伝子を4回投与する必要があります。トマトのDNAにはそれぞれの遺伝子が2つずつ存在するため、それぞれの遺伝子のコピーから1回分の投与量が得られます。しかし、2つの変異体が同時に作用すると、実質的にこれらの投与量は打ち消されてしまいます。つまり、トマトの植物は実質的に遺伝子のコピーを全く持っていないようなものです。
「両方の遺伝子に変異が生じて4つの遺伝子全てが失われると、負のエピスタシスが生じ、花が咲きすぎて稔性の問題が生じます」とリップマン氏は言う。「しかし、1つの遺伝子が失われただけなので、枝分かれした開花新芽は依然として形成されます。遺伝子が3つの遺伝子が残っているので、4つの遺伝子全てを失った場合ほど深刻な状況にはならないでしょう。」
変異体植物を交配することで3種類の用量を得ることができますが、その根底にある遺伝子と、それらの遺伝子がどのように相互作用するかを理解する必要があります。最も近い例えは料理です。食品の一般的な風味特性を理解すれば、どの風味が互いに調和し、どの風味が互いに打ち消し合うかを理解できます。リップマン氏はトマトの根底にある遺伝子を研究することで、2つの変異遺伝子の特性を理解し、より生産性の高いトマトを作り出すことができました。
リップマン氏は、このような負のエピスタシスはトマトだけに起きているのではなく、調査を進めればもっと驚くべき事例が発見されるだろうと信じている。
「最も驚くべきことは、8000年前の突然変異が現代のトマト品種に広く蔓延していたことです。1950年代と60年代に2番目の突然変異が発見され、育種家たちがそれを利用しようとした時、彼らは壁にぶつかりました。その壁とは、古い突然変異でした」とリップマン氏は言います。「古い突然変異が、50年代と60年代に発見された突然変異に最も近い遺伝子であったという事実は、進化、家畜化、そして育種の仕組みを実に見事に示しています。」
