ラベンダーというと、その花の独特の香りが思い浮かぶ。この美しい花は、太古の昔から香水やエッセンシャルオイルの原料として使われてきた。この花の美しさは、世界中の人々の想像力をかきたててきた。では、なぜこの花はそれほどまでに特別なのだろうか？
この花に独特の香りを与えている "魔法のような化合物"とは何だろうか？これらの化合物の遺伝子的な基盤は何なのか？
これらの疑問は、長い間、科学者たちを悩ませてきた。その答えを見つけるために、中国の科学者グループは、ラベンダーのゲノムを解読した。 2021年3月1日付けでHorticulture Researchのオンラインに掲載されたこのオープンアクセス論文は、「染色体ベースのラベンダーゲノムは、シソ科植物の進化とテルペノイド生合成に関する新たな知見を提供する（The Chromosome-Based Lavender Genome Provides New Insights into Lamiaceae Evolution and Terpenoid Biosynthesis）」と題されている。
中国科学院植物研究所植物資源重点研究室および北京植物園のLei Shi教授をリーダーとする研究チームは、特にラベンダーが生産する一群の揮発性テルペノイドの遺伝学的および多様性に関心を持った。テルペノイドは、ラベンダーをはじめとする香りのよい花の生物学において重要な役割を果たしている。環境中では、テルペノイドは潜在的な昆虫の受粉媒介者を引き寄せることが示されている。また、実生活では、エッセンシャルオイルなどで、ストレス解消や肌の調子を整えるなどの効果が期待されている。このような観点から、ラベンダーを操作してテルペノイド化合物の品質を向上させるためには、遺伝子レベルでテルペノイド生合成の基礎を理解することが不可欠であると考えられた。研究チームはまず、中国のラベンダー品種「景春2」の高品質なリファレンスゲノムデータの解析を行った。系統解析により、ラベンダーの進化の歴史の中で、テルペノイド生合成遺伝子の拡大につながるゲノムイベントを特定した。また、ラベンダーの生育環境の変化に伴うこれらの遺伝子の変化についても重要な知見を得た。
まず、科学者らは、中国のラベンダー栽培品種の遺伝子配列をアッセンブルした。次に、ラベンダーの進化の歴史をより深く理解するために、ラベンダーの配列中のゲノム領域を特定して名前を付け（アノテーション）、これらの配列に対して系統解析を行った。そして、ラベンダーのゲノム全体に影響を与えた事象、特にテルペノイド生産遺伝子に影響を与えた事象を特定した。最後に、ラベンダーのゲノム配列上の遺伝子と、植物に含まれるさまざまなテルペノイドを関連付け、遺伝子-テルペノイドネットワークを構築した。
その結果、27本の染色体にまたがる894.5 Mbのラベンダーのゲノム配列のアセンブルに成功し、これまでで最高品質のラベンダー配列のアセンブルとなる可能性があることが報告された。また、ラベンダーは、2つのゲノム重複を含む主要な遺伝的イベントを経て、地中海沿岸の寒い気候条件に適応して成長してきたことが明らかになった。
植物にはゲノムを複製する能力があり、その際、複製された遺伝子が別の働きをするように進化する自由度がある」とShi博士は観察結果を説明する。これにより、植物は、有害な微生物や草食動物からの攻撃を防御したり、受粉を助けるためにミツバチなどの有益な種を呼び寄せたりするための、多様な化学物質を作る新しい機械を開発することができという。
実際、Shi博士のこの説明は、同チームの研究結果によって裏付けられている。Shi博士の研究チームは、先に述べたような遺伝的事象による遺伝子重複を確認し、それがテルペノイドの多様化につながっていることを明らかにした。さらに解析を進めると、魅力的なテルペノイドと防御的なテルペノイドに特異的に対応する遺伝子クラスターも確認された。
Shi博士は、この研究の実生活への応用の可能性に期待している。ラベンダーが中国に導入されたのは、1950年代に中国科学院植物学研究所の先駆者たちによって行われたことに遡る。「栽培されている種の劣化が懸念されているため、品種改良が急務となっている。ラベンダーのゲノムが解明されれば、高品質のエッセンシャルオイルを生産し、観賞用としても利用でき、病原菌や気候変動にも強い新品種の開発が容易になるだろう」と説明している。
この研究がラベンダーのよりよい品種の開発に道を開き、植物の揮発性と環境の相互作用に関する研究の雛形となることを願ってやまない。
Lei Shi教授
Lei Shi博士は、2001年より中国科学院植物研究所植物資源重点研究室および北京植物園の教授を務めている。Shi博士は、特に芳香植物とその化合物の基礎と応用の研究に興味を持っている。1999年に植物学研究所で博士号を取得した。これまでに、30以上のプロジェクトを主導し、140以上の科学論文や書籍を発表し、12の国家公認特許を取得し、ラバンデュラ4種、オリガナム2種、ローズマリナス2種を含む8つの新しい認証植物品種の開発を促進してきた。
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