米は世界で最も広く栽培されている主食作物の1つであり、世界人口の半数以上の1日のカロリー摂取量の約20％を供給しています。しかし、現在広く栽培されているイネは毎年播種しなければならない一年生作物ですが、その野生近縁種のほとんどは毎年花を咲かせ、植物の根元から新しい芽を出し続ける多年草です。
Science誌に掲載された最新の研究では、科学者らが野生イネ（Oryza rufipogon）の多年生特性を決定する重要な遺伝因子を発見し、関連遺伝子を栽培イネ（Oryza sativa）に導入して多年生成長能力を持つイネ材料を作り出すことに成功したことを示している。研究チームは、今日栽培されているイネは多年生の祖先に由来している可能性が高いと考えていますが、その再生能力は長期にわたる栽培化の過程で徐々に失われていきました。
この多年生の形質を追跡するために、中国科学院の遺伝学者であるハン・ビン氏らは、446 個の野生イネのサンプルと栽培イネの材料の比較分析を実施した。彼らは、イネの第 1 染色体上に「Endless Branches and Tillers 1」（EBT1）と呼ばれるゲノム領域を特定しました。この領域には、それぞれ B と C とラベル付けされた制御遺伝子 microRNA156 の 2 コピーが含まれています。
研究によると、実生段階では、このマイクロRNA156 BおよびC配列は非常に活性が高く、植物を栄養成長期に維持することができ、生殖発達を急ぐことなく葉と茎の成長を続けることができます。植物が成長するにつれて、この活動は徐々に弱まります。通常の栽培米では、開花結実をもって植物の一生が終わることを意味します。野生イネでは、この遺伝子領域は開花後に「リセット」され、植物が完全に枯れるのではなく、再び栄養成長を再開できるようになります。
研究チームはさらに、野生イネと栽培イネを交配して、生きた植物における関連遺伝子の機能パフォーマンスを観察しました。研究者らは、多くの雑種子孫の表現型の中から、生殖発達を停止し、開花後に栄養成長を再開する能力を示す G43 という番号の物質を選択した。
栄養成長を回復する過程で、G43 は植物の根元から「分げつ」と呼ばれる多数の側枝を伸ばします。通常、一般的なイネは、結節から出穂、結実、枯死までのライフサイクルで約10個の分げつを生成しますが、G43は平均70個以上の分げつを生成することができ、複数回の再生・拡大能力を顕著に発揮します。
しかし、この「無限分げつ」は現在、明らかな限界に直面しています。これらの二次成長によって形成される側枝のほとんどは不稔分げつであり、異常な花のみを成長させますが、種子を作ることはできません。研究チームは、真に大規模な栽培促進が可能な多年生栽培イネを得るには、ゲノムの他の場所に関連遺伝子をさらに導入または制御して、長年にわたって再生し、十分な結実を維持できる品種を実現する必要があると考えています。
農業ゲノム研究所の植物遺伝学者であるサロメ・プラット氏は、Refractorとのインタビューで、現在のEBT1遺伝子座は多年生の特徴をもたらす一方で、イネの正常な開花を阻害し、それによって収量が減少すると指摘した。この対立遺伝子では、開花後に分げつ芽で遺伝子が再び活性化され、新しい分げつ形成が促進されるが、これは生殖段階が抑制されることも意味すると彼女は説明する。
カリフォルニア大学デービス校の植物生物学者ホルヘ・ドゥブコフスキー氏は、この種の遺伝子編集イネが短期的には「すぐに一般に入手可能になる可能性は低い」と警告した。同氏は、広範な農業生産の観点から、多年生作物は一年生作物よりも収量が低い傾向があると指摘した。世界的な人口増加が続く状況では、たとえ前者が生態系や持続可能性の点で利点があるとしても、人類は既存の高収量の一年生主食作物を低収量の多年生作物に大規模に置き換える余裕はないかもしれない。
展望と課題はあるものの、この研究は依然としてイネの遺伝子改良分野における重要な進歩とみなされており、分子育種法によって長年収穫可能な栽培イネを生み出すための重要な手がかりを提供する。将来、科学者が収量を大幅に犠牲にすることなく、主要品種に多年生特性を着実に導入できれば、稲作システムは播種の削減、労力と資源の節約、土壌と生態環境の改善の点で広範囲にわたる変化をもたらすことが期待されます。