ワサビの来た道　葉緑体ゲノム解読でわかった進化の道筋

2019-10-08 13:00

岐阜大学応用生物科学部の修士二年生羽賀夏子さん、同学部山根京子准教授、静岡県農林技術研究所伊豆農業研究センターわさび生産技術科馬場富二夫科長、明治大学農学部矢野健太郎教授、大鐘潤教授らは、日本のワサビ属植物のルーツを、葉緑体全ゲノム解読から明らかにしました。
本研究成果は，英国の国際誌「Scientific Reports」（電子版）2019年10月7日付（日本時間午後６時）に掲載されました。

発表のポイント

日本のワサビ属植物は、第四期の氷河期時代に大陸と日本列島が陸続きになった際に大陸から渡ってきた
・日本のワサビ属植物２種７系統の葉緑体全ゲノムを世界で初めて解読した
・日本固有種であると考えられていたユリワサビの中には、大陸のワサビ属植物に近縁な系統が含まれていた
・日本固有と考えられるワサビ属植物系統群は約130万年前に分岐したことがわかった
・栽培ワサビのルーツに北方系野生ワサビはおそらくは関与していない
・栽培ワサビとなった野生ワサビは日本固有種であり、氷河期時代に日本海側気候に適応した日本海要素植物であることがわかった
・葉緑体全ゲノム配列約15万塩基対の比較解析から、日本の主要なワサビ３品種を区別するDNAマーカーの構築に成功した。これらは品種の特定に用いることができ、品種改良や保全活動への応用が期待できる

概要

　日本にはワサビとユリワサビという、二種類のワサビ属植物が生育しています（写真1）。日本人が薬味として利用してきた栽培ワサビは、野生のワサビが栽培化されたものです。ところが野生ワサビのルーツに関しては全くわかっていませんでした。「日本のワサビ属植物は、もともと日本列島の形成時からいた植物なのか？」あるいは「大陸からわたってきた植物なのか？」―それすら不明でした。そこで今回、葉緑体の全ゲノム配列を用いて、大陸の近縁なワサビ属植物との比較解析を行い、日本のワサビ属植物がどのように大陸から移動し、分布を広げたのかを調べました。その結果、岐阜県に自生するユリワサビが、他の日本のユリワサビよりも、日本から遠く離れた中国雲南省に自生するワサビ属植物と遺伝的に近縁であることがわかったのです。ユリワサビと考えられていた一部の系統は、日本固有のユリワサビとは異なる種である可能性が考えられます。また、分岐年代の推定から、この二種間は比較的最近（48万年前）に分岐したことがわかりました。つまり、この岐阜県のユリワサビは、他のユリワサビとは別の時代に、別の祖先系統から日本にわたってきたと考えられます。その他の日本のワサビ属植物は、分岐年代推定の結果、少なくとも約130万年前に大陸のワサビ属植物とは分化したことが明らかになりました。ただし、この日本のワサビ属植物のうち北海道のワサビは、本州および九州のワサビ属植物とは遺伝的な分化の程度が大きかったことから、少なくとも現在のワサビ品種は、北方系のワサビ属植物はルーツでないと考えられます。
以上の結果を図にまとめたものが図１になります。日本のワサビ属植物は、第四紀の氷河期時代の氷期に、陸続きになった際に大陸からわたってきた祖先に由来し、しかもこうした大陸からの移動は複数回あった可能性が高いこともわかりました。現在、野生ワサビは主に日本海側の多雪地帯に分布しています。野生ワサビの祖先種が生育していた大陸とは環境が大きく異なっていたことが予想されることから、野生ワサビは、氷河期時代に列島に渡ってきた後、日本の多雪地帯に適応し、ブナなどに代表される「日本海要素植物」として成立したと考えられます。つまり、野生ワサビは、氷河期時代に日本の環境に適応して成立した日本固有種であることが、あらためて示された結果となりました。
本研究ではさらに、葉緑体全ゲノム配列を用いて主要３品種を区別するDNAマーカーを構築しました。本マーカーを用いれば、品種改良や保全集団の選定など、幅広い分野への活用が期待できます。

詳細については明治大学ホームページをご参照ください。
URL：https://www.meiji.ac.jp/koho/press/6t5h7p00001t7hoc.html

論文情報

雑誌名：Scientific Reports
タイトル：Complete chloroplast genome sequence and phylogenetic analysis of wasabi (Eutrema japonicum) and its relatives
著者：Natsuko Haga1, Masaaki Kobayashi2, Nana Michiki1, Tomoyuki Takano2, Fujio Baba3,
Keiko Kobayashi1, Hajime Ohyanagi2,4, Jun Ohgane2, Kentaro Yano2 & Kyoko Yamane1
1Gifu University, Faculty of Applied Biological Sciences, 1-1 Yanagido, Gifu City, Gifu, 501-1193, Japan. 2School of Agriculture, Meiji University, 1-1-1 Higashi-Mita, Tama-ku, Kawasaki, Kanagawa, 214-8571, Japan. 3Izu Agricultural Research Center, Shizuoka Prefectural Research Institute of Agriculture and Forestry, 3012 Inatori, Higashiizu-cho, Kamo, Shizuoka, 413-0411, Japan. 4King Abdullah University of Science and Technology (KAUST), Computational Bioscience Research Center (CBRC), Thuwal, 23955-6900, Saudi Arabia. Correspondence and requests for materials should be addressed to K.Y. (email: kyamane@gifu-u.ac.jp)
DOI番号：10.1038/s41598-019-49667-z
論文公開ＵＲＬ：www.nature.com/articles/s41598-019-49667-z