New powdery mildew resistance QTL found on chromosome 9 in Solanum cheesmaniae

あなたは、完璧なトマトを育てようとしている庭師だと想像してください。大きく、赤く、そして美味しいトマトを作りたいと考えていますが、温室には、白くてふわふわした菌類である「うどんこ病」という、ずる賢い敵が潜んでいます。それはまるで、植物の葉に降り積もる幽霊のような毛布のようで、植物のエネルギーを盗み、その緑色の肌を悲しい黄色い塊に変えてしまいます。何十年もの間、科学者たちは野生のトマトの親戚を探すことで、これに立ち向かおうとしてきました。これらの野生の親戚は、非常にタフです。彼らは何千年も前から過酷な環境や厄رشな虫たちを生き抜いてきたため、しばしば病気に対する秘密のスーパーパワーを持っています。

しかし、一つ問題があります。多くのこれらの野生の親戚は、私たちが食べている高級なトマトとは仲が良くない、遠い親戚のようなものです。もし彼らのDNAを混ぜようとすると、病気には強いけれど、味が土のようだったり、育つのを拒否したりするトマトができるかもしれません。科学者たちはこれを「連鎖ドラッグ（linkage drag）」と呼んでいます。たった一つの優れた形質を手に入れようとしたときに、望まない荷物をたくさん一緒に引き連れてきてしまうことです。この問題を解決するために、研究者たちは、私たちの食卓に並ぶトマトに近い家族関係にある野生のトマトから、抵抗性遺伝子を探し出しています。彼らは「QTL-seq」と呼ばれるハイテクな探偵手法を使用しています。これは、植物の遺伝子のライブラリ全体をスキャンして、本の一文字一文字をすべて読むことなく、「抗真菌」の指示が書かれている正確なページを見つけ出すようなものです。

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白い菌類の盾を求めて

この研究において、フランスの植物探偵チームは、うどんこ病に対する新しい秘密の武器を見つけるという任務に乗り出しました。彼らはまず、31種類の野生および栽培トマトのタイプをテストすることから始めました。これは、味のテストではなく、それぞれの植物が菌類の攻撃に対してどれだけ耐えられるかをチェックするテストのようなものです。ほとんどの野生のトマトはタフでしたが、研究者たちは真のスターを見つけました。それは「ソラム・チーズマニアエ (Solanum cheesmaniae)」という野生種、特に「LA0421」という品種でした。この小さな存在は、単に菌類の攻撃を生き延びただけでなく、ほとんど気づかないほどでした。S. cheesmaniae は私たちが食べる普通のトマトの近親種であるため、科学者たちは、「もしこの個体がなぜこれほどまでにタフなのかを正確に理解できれば、余計な荷物を引き連れることなく、そのテクニックを普通のトマトに教え込むことができるのではないか」と考えました。

遺伝子の探偵作業

このスーパーパワーの源を見つけるために、チームは遺伝的な混合ゲームを行いました。彼らは、非常に抵抗力のあるLA021と、普通の感受性のあるトマトである「ローズ・ド・ベルヌ (Rose de Berne)」を交配させました。これにより、両親の混合物である433種類の「F2」植物のファミリーが誕生しました。これらの新しい植物の中には、親と同じようにタフなものもあれば、普通の親と同じように弱いものもおり、ほとんどのものはその中間でした。

科学者たちは、QTL-seq と呼ばれる巧妙なトリックを使用しました。巨大なジグソーパズルのピースが混ざり合った袋を想像してください。あなたは、抵抗力のある絵が、弱い絵とどのように異なって見えるのかを見つけたいと考えています。すべてのピースを見る代わりに、科学者たちはそのファミリーの中から最もタフな88株と、最も弱い88株を選び出しました。そして、それらのDNAをすべて混ぜ合わせて一つの「抵抗性バルク（Resistant Bulk）」とし、弱いものをすべて混ぜ合わせて一つの「感受性バルク（Susceptible Bulk）」としました。その後、これら二つの大きな塊のDNAを配列解析しました。これらを比較することで、タフな植物が弱い植物とは異なる指示を持っている、遺伝コード内の正確な場所を特定することができました。

大発見：第9染色体

探索は実を結びました！DNAの探偵作業は、第9染色体上の特定の場所を指し示しました。それは、遺伝子の巨大な都市における特定の住所を見つけるようなものです。科学者たちは、この新しい抵抗性スポットを On-q9l_che と名付けました。

間違いがないかを確認するために、彼らは単なるDNAスキャンにとどまりませんでした。彼らは特定の遺伝マーカー（小さな旗のようなもの）を第9染色体に沿って配置し、そのファミリーから143株の個体をテストしました。これにより、抵抗性が確かに第9染色体の長腕（long arm）に位置していることが確認されました。この研究は、この単一のスポットが、なぜある植物は抵抗力があり、他の植物はそうでないのかという理由の約 14.60% を説明していることを示しました。これは唯一の理由ではありませんが、パズルの非常に大きな一部です。データは、この抵抗性が単純な「オン/オフ」のスイッチではなく、もっと「調光器（ディマー）」のようなものであることを示唆しています。つまり、野生のトマトの遺伝子が病気のスコアを大幅に下げる助けにはなりますが、それ単独では植物を100%免疫にはしないのです。

この通りには誰が住んでいるのか？

住所を見つけた後、科学者たちはその近所に住む「家」（遺伝子）を調べ、どの家がヒーローであるかを推測しました。彼らは、その小さな436キロベースの近隣にある約32個の遺伝子を見つけました。絞り込みを行った結果、真のスーパーヒーローである可能性が高い 11個の有望な候補 を特定しました。

以下は、彼らが見つけた容疑者たちです：

• エチレン調節因子 (ETO1-like): この遺伝子は、植物ホルモンであるエチレンのサーモスタットのようなものです。他の植物では、このサーモスタットをいじることで、植物が侵入者に対してより良く戦えるようになることがあります。科学者たちは、この遺伝子の内部に微細な遺伝的差異を発見しており、これが有力な容疑者となっています。
• プロテインキナーゼ (Protein Kinases): これらは、植物のセキュリティガードやメッセンジャーのようなものです。これらは、虫や菌類が攻撃を受けた際に信号を送り、「起きろ、戦え！」と植物に伝えます。
• 転写因子 (Transcription Factors - UNE12/bHLH59): これらは、他の遺伝子に何をすべきか指示を出すマネージャーです。植物が攻撃を受けているとき、これらのマネージャーは「防御遺伝子をオンにせよ！」と叫ぶかもしれません。

なぜこれが重要なのか

この発見の最も素晴らしい点は、この新しい抵抗性が、私たちが食べているトマトに非常に近い親戚から来ていることです。これは、遠い野生の親戚と混ぜる際によく起こる、望まない形質（悪い味や小さな果実など）を引き連れることなく、ブリーダーがこの新しい抵抗性を普通のトマトに混ぜ込める可能性があることを意味します。

研究者たちはまた、より明確にするために、これらの抵抗性遺伝子に名前をつける新しい方法も提案しました。単に「Ol-1」や「Ol-2」と呼ぶのではなく、それが戦う対象となる病原体、それが存在する染色体、そしてどの野生種に由来するかを正確に伝える名前を提案しています。したがって、この新しい発見は公式に On-9l_che （Oidium neolycopersici と戦う、第9染色体の長腕にある、cheesmaniae 由来の遺伝子）と命名されました。

科学者たちは、これら11個の候補遺伝子のうち、どれが「メインのヒーロー」であるかをまだ完全には証明していませんが、非常に強力なマップと容疑者のリストを提供しました。これにより、トマトのブリーダーたちは、うどんこ病を跳ね返すことができるトマトを作り出し、私たちの未来のサラダを新鮮で緑豊かなまま保つための明確な道筋を得たのです。