Mining a tomato core collection for resistance to TSWV, ToMV and Fusarium oxysporum f. sp. lycopersici
本研究は、トマトのコアコレクションを対象にTSWV、ToMV、およびFOLに対する抵抗性をスクリーニングし、表現型および分子解析を通じて、耐久性のある強靭なトマト品種の開発を支援するための、価値ある多病原体抵抗性アクセッションおよび新規遺伝子座を特定した。
原論文は CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/) でライセンスされています。 これは以下の論文のAI生成解説です。著者が執筆または承認したものではありません。技術的な正確性については原論文を参照してください。 免責事項の全文を読む
トマトは、世界中のほぼすべての国で栽培され、海を越えて取引されている、世界で最も愛されている食品の一つです。しかし、その料理における重要性にもかかわらず、トマトの植物は絶え間ない包囲攻撃にさらされています。彼らは、葉をモザイク模様に変えたり、壊死斑でブロンズ色に変えたりするウイルスや、根を窒息させ、地面から植物を枯れ上がらせる土壌伝染性の真菌という、収穫全体を全滅させかねない執拗な3つの敵に直面しています。農家は長い間、これらの侵入者と戦うために、特定の遺伝的盾として知られる「抵抗性遺伝子」を持つトマトの育種に頼ってきました。しかし、これらの病原体は巧妙で進化が速く、単一の遺伝的障壁を突破するためにしばしば変異し、作物を再び脆弱な状態に陥れます。この先手を打つために、植物科学者たちは標準的な商業品種を超えて、トマト自体の広大で多様な歴史を掘り下げる必要があります。彼らは、耐久性のある保護の鍵を握っているかもしれない、古いランドレース（在来種）、忘れ去られた栽培品種、そして育種系統の中に、希少で隠れた抵抗性の源を見つけ出さなければなりません。
最近の研究において、研究者たちは厳選された204種類の栽培トマトアクセッション（系統）の中にある、この隠されたポテンシャルを探求することを目的としました。これらはアンデス山脈の野生種ではなく、伝統的なスペインやイタリアのランドレース、廃止された商業品種、そして現代の育種系統を混ぜ合わせたものです。研究チームは、これらの植物に対して厳格な試験を行い、前述の3つの主要な脅威、すなわちトマト斑枯ウイルス（Tomato spotted wilt virus）、トマトモザイクウイルス（Tomato mosaic virus）、およびフザリウム枯凋病菌（Fusarium wilt fungus）に曝露しました。その目的は単純ですが極めて重要でした。これら多様な植物のうち、どの植物が深刻な症状を示すことなく攻撃に耐えうるのかを確認し、その生存の背後にある遺伝的メカニズムを理解することでした。
スクリーニングの結果は衝撃的なものでした。大多数のトマトは病気に屈し、脅威の深刻さを裏付けました。コレクションの中で真に抵抗性を示したのは、ごく一部でした。具体的には、わずか15のアクセッション（約7.35パーセント）がトマト斑枯ウイルスに耐えました。さらに少ないグループでは、わずか7のアクセッション（3.40パーセント）がトマトモザイクウイルスに抵抗しました。真菌による枯凋病については、10のアクセッション（4.90パーセント）が抵抗性を示しました。これらの数字は低いものの、たとえ一握りの抵抗性植物が見つかったとしても、それは重要な発見です。なぜなら、それらはすでに農業に適応した背景を持っており、野生種よりも育種プログラムで使用するのがはるかに容易だからです。
これらの植物がどのように生き残ったのかを理解するために、研究者たちはそのDNAを調べました。彼らは、科学者が過去に特定した既知の「抵抗性遺伝子」の存在を確認しました。トマト斑枯ウイルスについては、ほとんどの抵抗性植物がSw-5bと呼ばれる特定の遺伝子を持っていることがわかりました。同様に、トマトモザイクウイルスについては、多くの場合、抵抗性はTm-2²遺伝子の存在によって説明されました。これらの知見は、既知の遺伝的盾がこのコレクションにおいて実際に機能していることを裏付けました。しかし、物語はそこで終わりませんでした。研究者たちは、期待される遺伝的マーカーを持たずに抵抗性を示した、いくつかの植物を発見しました。例えば、「プラテンセ（Platense）」と呼ばれる伝統的な品種は、期待される遺伝的マーカーを持たずにウイルスに抵抗しており、これは、感染と戦うための別の、おそらくより微細な方法を備えていることを示唆しています。
調査は、ゲノムワイド関連解析（GWAS）という手法を用いてさらに深く進められました。この手法は、植物の全ゲノムをスキャンして、既知の遺伝子だけでは説明できないパターンを見つけ出し、抵抗性と関連している可能性のある新しい領域を探すものです。研究では、ウイルスに対しては第9染色体と第12染色体に、真菌に対しては第11染色体に強いシグナルが見つかりました。これらのシグナルは、追加の抵抗性因子が含まれている可能性が高いゲノムの新しい領域を指し示していました。フザリウム枯凋病については、状況は特に興味深いものでした。抵抗性を持つ植物のいずれもが、この特定の菌種と戦うために用いられる最も一般的な遺伝子を持っておらず、遺伝子スキャンも単一の明白な原因を特定しませんでした。このことは、これらの植物における抵抗性が、単一の強力な盾というよりも、多くの小さな遺伝的効果が共に作用する、複雑な量的形質である可能性を示唆しています。
おそらく最も価値のある発見は、いくつかの抵抗性植物が「マルチタスカー（多機能型）」であったことです。3つの特定のアクセッションが、3つの病原体すべてに対して同時に抵抗性を示すことが判明しました。これらの一つである育種系統は複数の既知の抵抗性遺伝子を持っていましたが、他のものは期待される遺伝的マーカーなしに抵抗性を示していました。この特性の組み合わせは、育種家にとっての宝の山です。これは、これらの抵抗性を積み重ねることで、複数の病気に対して同時に強靭な新しいトマト品種を作れる可能性があることを意味しています。
本研究は、栽培コレクションの中に抵抗性のあるトマトは稀ではあるものの、それらは存在しており、伝統的なランドレースや育種系統の中に、すぐ目の前に隠れていることが多いと結論付けています。研究は、Sw-5bやTm-2²のような既知の遺伝子が主要な防御手段である一方で、それらがすべてではないことを裏付けています。主要な防御が失敗したときに保護を提供する、他の、より理解が進んでいない遺伝的メカニズムが存在します。これらの希少で弾力性のある植物と、それらが持つユニークな遺伝的ツールを特定することで、科学者たちは、進化する病気の圧力に耐えうる将来のトマト品種を開発するためのロードマップを提供したのです。これにより、この世界の主要な食料が生産的かつ安全であり続けることが保証されます。
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