交配相手を選ぶ！～移動することのできない植物がどうやって適切に子孫を残すのか～

諏訪部「植物の育種」に関わる研究をしています。野菜の品種改良などに貢献する分野です。

その中でも、私のチームは特に「移動することのできない植物がどうやって適切に子孫を残すのか」というところに注目しています。植物が子孫を残す、というと、受粉してタネ作る、というのはイメージできると思いますが、そのメカニズムはまだわかっていないことがたくさんあるんです。

-アブラナ科の植物を研究されているんですよね。素朴な疑問なんですが、そもそもなぜアブラナ科なんですか？

諏訪部世界中でモデル植物として研究に使われている「シロイヌナズナ」はアブラナ科の植物なんです。いわゆる「ぺんぺん草」ですね。研究室内でも育てています。

他に身近な野菜では、白菜やキャベツ、わさび、ブロッコリーなんかもアブラナ科です。

植物を知るための基礎研究もできるし、身近な野菜に研究の成果をダイレクトに反映できるのでアブラナ科植物を研究しています。

諏訪部緑色に光っているのが雌しべの先端、白い米粒みたいなのが花粉です。受粉の場面を顕微鏡で1時間半ぐらい観察していると、花粉がわらわら動くのが観察できます。雌しべにくっついた花粉は一つ一つ違う動きをするんですよ。

受粉のメカニズムは簡単に言うと、①雄しべから飛び立った花粉が雌しべにくっつく→②花粉が雌しべの中に花粉管をのばす→③タネのもとになる胚珠で受精→④タネができる、という流れです。

しかし、タネを残せる花粉と残せない花粉がいる。それは花粉側に問題があるのではなく、雌しべ側がコントロールして受け入れる花粉を選んでいるんです。タネを残せない花粉は雌しべにくっついても、膨張したり収縮したり破裂したりして、花粉管をのばせず、胚珠で受精することができません。

　受粉のメカニズムの中でも、花粉が雌しべにくっつくところは更に細かく、①情報交換→②水をもらう→③花粉管をのばす、という３ステップに分けられます。まずは雌しべと花粉の間で情報交換が行われて、ここで違う種（しゅ）のものは弾かれます。例えばひまわりはひまわりの花粉しか受け入れない。「種間不和合」と言って自分の種（しゅ）を維持するための働きです。情報交換でOKだった花粉は雌しべから水をもらいます。花粉は乾燥した状態で飛んでくるんですが、花粉管を伸ばすためには水を得て活性化しなくてはならないので。膨張したり収縮したりといったタネを残せない、うまくいかないパターンは、ここで水をもらえなかったりもらいすぎたりするんです。

諏訪部ここから遺伝子の話になります。アブラナ科植物の自家不和合性には、花粉で働く「SCR」と雌しべで働く「SRK」という遺伝子がセットで必要です。SCRとSRKは人間の体で言う抗原と抗体みたいな関係です。自分を拒否するわけだから反応は真逆ですけど。この2つが雌しべと花粉の情報交換に関わっていて、組み合わさった場合に自家不和合性が起きます。と、ここまでは昔の生物学者が解明していました。

じゃあ、シロイヌナズナはどうなのか？その答えとして「もともとは両方の遺伝子を持っていたけど、途中で失った」ということを実験で証明しました。

世界中にはいろんな種類のシロイヌナズナがいますが、どれも自家不和合性をもっていなくて自分の花粉でタネを作ります。先ほどお話した自家不和合性に関わる遺伝子は、シロイヌナズナではすでに壊れていて、その壊れ方には5つのパターンがあります。その中で、一番壊れ方が少ないのはヨーロッパ中央部のシロイヌナズナだけがもつある１パターンです。それは雌しべのSRKは問題ないけど、花粉のSCRがおかしくなっている。そのおかしくなり方（専門的には「変異」といいます）にはある規則性があり、どうも一部の塩基配列がひっくり返っているようだとわかりました。そこで、実際にそのひっくり返っているところをもとに戻してみたら自家不和合性が復活しました。変異の原因が分かったんです。

諏訪部アブラナ科の同じ種（しゅ）なのに、タネが作れない組み合わせがあるんです。トルコに生えているアブラナ科の植物"Brassica rapa"と日本の同種の植物を交配すると、日本の花粉＋トルコの雌しべではタネを残せるのに、トルコの花粉＋日本の雌しべだとタネを残せないんです。一方向だけOKなので「一側性不和合性」といいます。これがなぜかというと、さっきの自家不和合性の話で出てきた花粉遺伝子SCRと雌しべ遺伝子SRKが関わっているんです。

"Brassica rapa"の染色体にはSCRとSRKの遺伝子セットがコピーされて2セットあって、そのコピーの方がこの一側性不和合性をコントロールしているということを発見しました。

-自分の花粉も排除するのに、他人の花粉を排除してしまって大丈夫なんですか？

諏訪部コピー側の遺伝子は、トルコの方では花粉遺伝子は存在するけど、雌しべ遺伝子は壊れてしまっている。逆に日本の方は花粉遺伝子が壊れていて、雌しべ遺伝子が存在する。トルコの花粉と日本の雌しべの組み合わせだけが、両方の遺伝子が存在するので花粉が排除されるという特殊な状況です。こういう状況はそんなにたくさんは知られていませんが、植物研究では別のケースも確認されています。

「雑種強勢」って聞いたことありますか？「トンビが鷹を生む」です。子が親より優れていることですね。その逆、「雑種劣勢」とでも言うのかな？シロイヌナズナは世界中に生育していますが、ある特定の地域のものを交配すると、次の代は極端に小さくなってしまうという組み合わせがあります。出会っちゃダメな組み合わせなんです。生き物は種（しゅ）の概念が壊れてしまうことを防ぐためのメカニズムを持っていて、おそらくこれもその一種です。

トルコの花粉と日本の雌しべでは同じ種（しゅ）でも、子孫を残せません。もしかしたら、何万年かするといずれ別の植物になっていく、私たちはその過程を見ているのかもしれません。

-最初に少し聞いてしまいましたが、今後はどのような研究を進めていかれるのか、改めて教えてください。

諏訪部植物は動けない。しかも同じ花の中に雌しべと雄しべがあります。自分の花粉で子孫を残しやすい形をしているのに、あえてそれを拒否して他の花粉を受けいれる。そこが自家不和合性の面白いところです。生き物として非常に巧妙ですよね。

そして、その性質を人間が農業に利用しています。「どうやって種（しゅ）を維持しているのか」という学問としてのシンプルな疑問と、実際の畑で応用する技術がリンクしているんです。

どうやって自分の花粉を拒絶しているのか、逆にどうやって他人の花粉を受け入れているのか、そういった根本のところを研究し、植物の不思議を解明していきたいと思っています。