Fine mapping of a major locus for Ascochyta lentis resistance in lentil (Lens culinaris) accession ILL7537
本研究では、レンズ豆系統ILL7537における主要なアスコキタ枯死病抵抗性遺伝子座を2.05 Mbpの領域までファインマッピングし、NBS-LRRおよびエチレン応答因子を含む5つの候補抵抗性遺伝子を特定し、病害制御のための精密な育種を促進する密接に連鎖したマーカーを開発した。
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レンズ豆は控えめながらも極めて重要な作物であり、安価なタンパク質と食物繊維を供給することで、世界中の何百万人もの人々を支えている、冷涼な季節を好む豆類である。しかし、これを栽培する農家にとって、この植物は容赦ない敵に直面している。「アスコキタ・ブライト（Ascochyta blight）」と呼ばれる真菌性の病害である。葉や種子を攻撃するこの微小な侵入者は、わずか一年で収穫の半分近くを台無しにすることもある。数十年にわたり、この病害を食い止める最も信頼できる方法は、感染に対して自然な抵抗力を持つレンズ豆の品種を選抜し、作物から病害を排除することであった。しかし、真菌は巧妙で絶えず進化しており、現在の作物の防御を突破できる新しい菌株を作り出す。普及している抵抗性品種が広く植えられると、真菌が適応してその抵抗性を無効化し、農家を再び脆弱な状態に陥れることがよくある。この先手を打つために、科学者たちは、商業的な農業には一度も使われたことのない野生種や古代のレンズ豆の品種から、新たな抵抗力の源を見つけ出し、その抵抗性がどのように機能しているのかを正確に解明して、将来の作物へと受け継いでいく必要がある。
このような背景から、研究者たちは「ILL7537」として知られる特定のレンズ豆の系統に注目した。この特定の植物は、アスコキタ・ブライトに対して強力な耐性を示す、ブライトに対する強力なパワーハウスである。最近オーストラリアで出現した最も攻撃的な新しい菌株に対しても、強い抵抗力を示している。問題は、ILL7537自体が農家向けの植物としては劣悪な点であった。成長が遅く、種子が小さく、商業的な収穫に必要とされる他の特性を欠いているのである。長年、育種家たちはその免疫を利用したいと考えていたが、その優れた抵抗性と、農業上の悪い特性をどのように切り離すべきかを見出すことができなかった。植物のDNAのどこに抵抗性遺伝子が住んでいるのかという明確な地図がなかったため、育種家たちはこの野生種をより優れた品種と掛け合わせ、抵抗性が定着することを祈るという、一種の推測に基づいた作業を行っていたのである。この不確実性により、ゲームチェンジャーとなり得る防御策が封印されたまま、世界のレンズ豆供給を守ることができない状態となっていた。
ある科学者のチームは、新しいレンズ豆の系統を作り出すことで、この遺伝的な秘密を解き明かそうと試みた。彼らは、高い抵抗力を持つILL7537と、抵抗力はないものの種が大きく、優れた農業的特性を持つILL6002という品種を交配させた。この交配から、両親のユニークな混合物である144の新しい系統からなる大規模な集団を育成した。その後、彼らはこれらの植物を厳格な一連のテストにかけ、制御された室内および開放的な圃場で、異なる菌株のブライト真菌に曝露させた。目的は、どの植物が生き残るかを確認し、それを可能にした特定のDNA断片を突き止めることであった。生存した植物のDNAと、病気になった植物のDNAを比較することで、研究者たちは抵抗性の正確な位置を特定することができた。
研究の結果、ILL7明らかなことは、ILL7537における抵抗性は、特定の染色体上の主要な遺伝領域によって制御されているということである。この領域は強力な盾として機能し、現在オーストラリアの畑で問題を引き起こしている2つの異なるタイプの菌株を含む、テストされたすべての菌株に対して効果的に作用する。研究者たちは、この保護ゾーンを約2,680万塩基対の長さのDNA領域へと絞り込んだ。これは大きな一歩ではあったが、責任を負う特定の遺伝子を特定するには、まだ広すぎた。これを解決するために、彼らは、その特定の領域において抵抗性と感受性のDNAが混ざり合ったものだけを選別した、さらに精緻なグループの植物を作成した。これらの植物を再びテストすることで、彼らは探索範囲を劇的に縮小させ、ターゲットゾーンをわずか205万塩基対まで絞り込むことに成功した。
この極めて精密な領域を特定した後、チームは高度な技術を用いて、その特定の箇所における両親（抵抗性親と感受性親）のDNAを読み取った。彼らは、なぜ一方の植物は真菌を退治できるのに、もう一方は屈してしまうのかを説明できるような、遺伝コードの違いを探った。この徹底的な調査により、抵抗性を提供している有力な候補となる5つの特定の遺伝子が明らかになった。4つの遺伝子は、侵入者の存在を検知して防御反応を引き起こすセンサーのように機能する、よく知られた植物防御タンパク質のファミリーに属している。5番目の遺伝子は、ストレス信号への応答を助けるレギュレーター（調節因子）の一種である。研究者たちは、これらの遺伝子が抵抗性のある親には存在するが、感受性のある親では欠落しているか、あるいは異なっていることを発見した。
この発見は、レンズ豆の育種における大きな前進である。初めて、科学者たちはILL7537における抵抗性がどこに存在するのかという明確な地図を手に入れ、その抵抗性を追跡するために使用できる特定の遺伝マーカーを開発した。これは、時間がかかる病害テストに頼ったり、野生の親に伴う農業上の劣悪な特性を持ち込むリスクを冒したりすることなく、育種家が今や高い精度でこの強力な抵抗性を選択できることを意味している。本研究で特定された5つの候補遺伝子は、現在、それらがどのように真菌を阻止するのかを正確に確認するためのさらなる研究の焦点となっている。この抵抗性のメカニズムを理解することで、科学者たちは、進化するアスコキタ・ブライトの脅威に耐えうる高収量な新しいレンズ豆品種へと、この抵抗力を展開し、この不可欠な作物に依存している何百万人もの食料供給を守ることができると期待している。
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