桃の味と見た目は何によって決まるのでしょうか?それを理解するのに14年かかりました

「桃の秘密を探り、独自の創意工夫で難題を解決してきた10年。」私の名前は韓月鵬です。中国科学院武漢植物園の果樹分子育種チームのリーダーであり、国家桃産業技術システムのポストサイエンティストです。 2010 年以来、私と私のチームは 14 年以上にわたり、桃の果実の品質遺伝学と改良の研究に取り組んできました。

桃は中国原産で、我が国では数千年の栽培の歴史があります。最も古い記録は『詩経』に遡り、「園には桃の木があり、その実は美味しい」や「桃の木は若くて柔らかく、その花は鮮やかで美しい」と記されています。晋の時代の陶淵明は『桃源郷』の中で、世間から隔絶され、平和で平穏な理想的な社会である地上の楽園を描写した。この暗示により、「桃花春」は理想の世界と同義語にもなりました。唐代の詩人白居易の詩「地上では四月の花が散り、山寺の桃の花が咲き始める」は、人々が時間を大切にし、人生のあらゆる美しい瞬間をつかむべきだということを示唆しています。

さらに、桃は長寿と不死の象徴とみなされることが多いです。有名な道教の伝説では、西王母の桃の宴は桃を中心に行われました。伝説によれば、この桃は数千年に一度しか熟せず、食べると不老不死になれると言われています。小桃は美味しい果物であるだけでなく、中国文化において重要な位置を占め、文学、芸術、民間伝承の共通の要素となっていることがわかります。実際、生物学的な観点から見ると、小さな桃の背後には多くの知識が隠されています。

桃の果実はビタミンC、食物繊維、さまざまなミネラルが豊富で、健康に良いです。そのため、桃は栄養が豊富で味も良い果物として、市場で広く求められています。現代の育種技術の継続的な進歩と発展により、市場にはますます多くの桃の品種が登場しています。

果実の色で言えば、赤い果肉の桃、黄色い果肉の桃、白い果肉の桃があります。見た目で言えば、丸い桃と平たい桃があります。果実の表面に毛があるかどうかによって、ネクタリン（表面が滑らか）と毛桃（表面が毛深い）に分けられます。果肉の質感によって、柔らかい桃（溶質）と硬い桃（非溶質）に分けられます。種と果肉の分離度合いによって、自由種と粘着種に違いがあります...「形態学的変異の豊富さは、桃が高度な遺伝的多様性を持ち、豊富な科学的謎を秘めていることを示しています。

私たちの研究は、これらの謎を解明し、桃果実の品質の継承と向上に役立て、桃産業の健全な発展に貢献する試みです。 ”

Part.1 「千人に一人」が血桃色の秘密を解き明かす

湖北省はわが国の主要な桃生産地域の一つであり、栽培面積は約110万ムーで、全国の省の中で第4位にランクされています。現在、年々増加傾向にあります。中でも、湖北省特産の赤肉桃は、血のように赤い果肉と高い抗酸化力で消費者に好まれ、育種家たちの注目も集めている。赤い果肉の桃は血桃とも呼ばれ、「中国桃花図鑑」によると、湖北省の赤い果肉の桃はもともと大武県から来たものと考えられています。赤い果肉の桃の名前は地域によって異なります。大紅袍、小紅袍、紅桃、朱沙紅、瓜血桃など、さまざまな名前があります。

中国に戻って研究室を立ち上げた後、私が最初に興味を持ったのは赤い果肉の桃でした。しかし、当時の研究室の環境が悪く、資金も少なかったため、この研究を実行するのは容易ではありませんでした。幸運にも、私は勤勉で努力家、そして冒険心のある大学院生のグループに出会うことができました。また、当時、熱心に研究資料を提供していただいた湖北省農業科学院果物茶研究所の何華平研究員にも深く感謝申し上げます。

すべての準備が整い、血桃の着色メカニズムを分析するトピックが正式に議題に上がりました。予備実験を経て、複雑な分析結果が得られました。つまり、何千もの異なる発現を示す候補遺伝子の中から、ブラッドモモの着色特性を制御する鍵となる遺伝子を見つける必要があるということです。明らかにこれは簡単な仕事ではありません。

その間、私と学生はほぼ毎日研究室にいて、実験計画を常に最適化し、実験方法を改善し、関連文献を繰り返し参照し、実験データをチェックしていました。最後に、ニュージーランドの科学者と協力して、ウイルスを介した一時的サイレンシング技術を使用して、桃の果肉中の候補遺伝子を検証するという目標を達成しました。

最終的に研究チームは、血桃の色を制御するBL遺伝子のクローン化に成功し、血桃と白桃の果肉にこれほど明らかな違いがある理由を説明することに成功した。これらの成果は私たちのチームにとって大きな進歩となりました。同時に、この研究で発見されたBL遺伝子は、中国の果樹研究分野において、地図ベースクローニング法によって発見された最初の機能遺伝子でもある。この科学的発見は、わが国における果樹の遺伝学に関する研究を大きく促進しました。

第2部赤い「ハート」が缶詰製造に問題をもたらす

より特別な種類の血桃のほかに、日常生活でもよく見られる別の種類の桃がありますが、その背後にある科学的な問題について考える人はほとんどいません。桃の加工業界では、桃の種に近い果肉が赤くなる「種近赤」という現象が起きています。この現象は缶詰の桃の生産にさらなる課題をもたらします。これは、桃を缶詰にするときに、赤い果肉部分に追加の加工を施す必要があり、生産コストが増加することを意味します。したがって、「核に近い赤」の特徴の原因を解明することは、興味深い科学的問題であるだけでなく、緊急に取り組む必要がある産業上のニーズでもあります。

遺伝学や分子生物学などの実験技術を通じて、数十の候補遺伝子を選別しました。継続的な排除とテストを通じて、私たちはついに桃の果実の芯に近い赤色の特性の形成を制御する重要な遺伝子を特定し、その重要な相乗因子を発見しました。この2つの遺伝子の共同作用により、アントシアニン合成を制御する「スター遺伝子」PpMYB10.1の転写レベルが促進され、核付近にアントシアニンが大量に蓄積し、「核付近が赤くなる」現象が発生する。この研究成果は、加工用桃の新品種の育成に重要な理論的根拠と遺伝資源を提供することができます。

パート3 桃には毛が生えているのに、ネクタリンはなぜ滑らかなのでしょうか?

桃は形が豊かな果物なので、果肉だけでなく見た目にも違いが表れます。誰もがいつも疑問に思っていることがあります。なぜ桃の中には表面に毛が生えているものもあれば、滑らかで毛のない桃もあるのでしょうか。桃の表面が滑らかになるか、滑らかでなくなるかは、何によって決まるのでしょうか?私たちのチームの大学院生もこの興味深い問題に気づきました。これまでの遺伝子研究の成果をもとに、1年以上の遺伝子機能解析と検証を経て、桃とネクタリンの分化を引き起こす鍵となる候補遺伝子を発見した。

彼が楽しく学術論文を書く準備をしていたちょうどそのとき、似たような記事がインターネット上でひっそりと公開された。イタリアの科学者もこの問題に注目し、ネクタリンの形成を制御する重要な遺伝子を発見したのだ。同じ特性、同じ遺伝子、つまり学生の科学研究は突然魅力がなくなるのです。落胆する学生たちを慰めながら、これまでの努力が無駄にならないよう、この分野でさらに深い研究を行うにはどうしたらよいか考えていました。また、ネクタリンと桃の分化メカニズムを理解するためのより決定的な証拠を提供できることも楽しみにしていました。

努力は報われる。チームメンバーの共同の努力により、桃の果実の毛のある表面と毛のない表面に基づいて、ネクタリンの光沢のある表面の理由をさらに解明しました。さらに興味深いのは、これら 2 つの特性を制御する遺伝子が同じであることです。PpMYB25は、桃の皮の毛の形成を制御するだけでなく、皮膚ワックスの合成も調節します。したがって、PpMYB25 が変異すると、桃の皮は光沢があり毛がなく、通常「ネクタリン」と呼ばれる状態になります。

Part.4 「薄化粧」か「厚化粧」か？アントシアニンが最終決定権を持つ

桃の果実に加え、桃の花に対する人々の愛情は古代から現在まで高まり続けており、二色桃は桃の花の中でも文句なしのリーダーです。 「桃の花が一房咲き、主人もいない。濃い赤も薄い赤も大好き」や「幸いにもあなたの桃の花の顔を知ることができ、これから道端には暖かい春がもっと増えるでしょう」宋代の詩人である邵鎔も、特に二色の桃を讃える詩を書いた。「赤もピンクもどちらも良い、どちらも驚くほど美しい。瑞宮の双子の姉妹だと思う、二人とも同時に春風と結婚するつもりだ」二色桃は一般に「紅白花」桃として知られています。この品種は、木や枝に赤、白、ピンクの花が交互に咲き、花びらが赤と白のものもいくつかあります。

赤と白の花の「色が変わる」という不思議な現象を解明するために、私たちはさまざまな色の花のアントシアニン含有量と種類の違いの分析から、アントシアニン合成経路における構造遺伝子とアントシアニントランスポーターの転写レベルの検出まで、多くの研究を行いました。比較トランスクリプトーム解析から比較プロテオーム解析まで...一見単純なプロセスの裏には、チームメンバーによる数え切れないほどの日夜にわたる努力があり、彼らは決して飽きることなく同じことを繰り返します。研究を続けるうちに、私たちはついにこの斑入りの花が咲く理由を解明しました。

アントシアニンの輸送を制御する Riant 遺伝子の方が「いたずら」であることが判明しました。研究の結果、白い花とピンクの花ではいくつかの塩基が欠落していたり​​挿入されていたりして、 Riant遺伝子が不活性化し、アントシアニンが正常に液胞に輸送されて貯蔵されず、桃の花の色に違いが生じていることが判明した。これは植物全体に現れ、木、枝、花が同時に赤、白、ピンクに見えることがあります。

Part.5業界の「小さな目標」を一歩ずつ達成しています

色と風味の品質は果物の品質を評価する2つの主な要素であり、その中でも有機酸と可溶性糖の含有量と比率は果物の風味の品質を決定する重要な要素です。私たちのチームは、桃の商品価値をさらに高めるために、桃の果実における有機酸と可溶性糖の蓄積の遺伝的メカニズムの研究にも取り組んでいます。中国人は甘い味を好みますが、欧米人は酸っぱい味を好みます。この嗜好の違いに基づいて、東洋と西洋では果樹の品種の選択と育種においても重点が異なります。

中国人が育てた桃の品種の多くは「高糖度、低酸度」ですが、西洋の桃の品種は「高糖度、高酸度」または「中糖度、高酸度」です。異なる品種間の表現型の違いは、確かに栽培技術のレベルや環境要因に関連していますが、そのような違いは主に遺伝的要因によって決定されます。桃果実の酸度と糖度に影響を与えるメカニズムを理解するために、関連する研究を実施しました。過去 10 年間で、私たちのチームは 200 を超える主要な桃の遺伝資源を保存してきました。これらの材料と遺伝学的手法を用いて、桃果実の酸度と糖度を制御する候補遺伝子を特定し、それらが桃果実の糖度と酸度に影響を及ぼすメカニズムを明らかにしました。

これらの研究結果に基づいて、糖と酸の形質に有意に関連する一連の分子マーカーを開発しました。これらの重要地点の情報を通じて、桃の交配子孫の選択を導き、高品質の桃品種の育種に対する技術的サポートを提供することができます。 「基礎研究の究極の目的は産業の発展に貢献することです。」伝統的な育種方法は徐々に現代的な育種に取って代わられつつあり、全ゲノム選択育種、遺伝子工学の改良、遺伝子編集などの技術は、その明らかな利点により、最終的には時代の舞台に登場することになるでしょう。

しかし、桃の遺伝子組み換えは世界的な問題であり、これまでのところ、桃に対する効率的かつ完全で安定した遺伝子組み換えシステムは存在しません。 「たとえ硬い骨であっても、噛み砕かなければなりません。」 5年間の努力と100種類以上の異なる外植片材料の試用を経て、私たちはついに根遺伝子組み換えアグロバクテリウム媒介桃根遺伝子組み換え技術システムを構築し、「遺伝子組み換え根-野生芽」複合植物を手に入れました。同時に、桃のカルス組織の安定した遺伝子形質転換システムも確立し、完全な桃植物の形質転換システムの構築も現在順調に進んでいます。

Part.6ボトルネックに遭遇したとき、私は文献に「埋もれる」ことを選んだ

多くの人が私に、科学研究を行う秘訣は何ですかと尋ねます。考えてみたら、特に秘密はないのですが、一つ言うとすれば「忍耐力」です。科学研究上の問題やボトルネックに遭遇したときは、文献に没頭し、繰り返し考え、分析し、問題を解決するための突破口を探します。科学の最前線からの知識を常に深め、国や業界の最新のダイナミックなニーズを常に観察し、実験分析と要約を絶えず実行するこの姿勢こそが、私たちの研究の継続的な進歩を可能にしています。

私たちの研究は学術界で重要な進歩を遂げただけでなく、桃産業の発展にも大きな意義を持っています。桃の香りと色調品質に関する基礎研究成果をもとに、糖度や酸度と密接な関係のある分子マーカーを開発し、交配親を選抜し、分子マーカー選抜育種を実施しました。過去2年間、私たちのチームは湖北省農業科学院、安徽省農業科学院と協力して、4種類の新しい桃の品種を選抜・育成し、累計の応用・推進面積は2万エーカーを超えました。これらの新しい品種は、市場の選択肢を豊かにするだけでなく、桃産業の経済的利益も向上させます。

桃果実の遺伝学と改良に関する研究では、多くの課題に直面しましたが、多くの重要な進歩も遂げました。今後は、桃の色や風味を自由にコントロールし、消費者の多様なニーズに応えられるよう努力し、桃業界の競争力を大幅に高めていきたいと考えています。当社は今後も徹底した研究を重ね、桃果実の遺伝学と改良の分野でさらなる飛躍を目指し、桃産業の発展に貢献してまいります。科学研究は、たゆまぬ努力と革新的精神を必要とする長く困難な仕事です。科学研究の道において、私たちは勤勉な職人のように、桃園で絶えず働き、次々と新進気鋭の人材を育てています。しかし、私たちは皆、「先駆者」となり、科学研究への情熱を世代から世代へと伝えていきたいと思っています...

出典：サイエンス研究所