オオムギの種子休眠を制御する新たな仕組み

2016年5月18日号のNature Communications誌において、オオムギの種子休眠遺伝子に関する論文が発表されました。現在栽培されているオオムギの祖先となった野生オオムギは、中東を中心に自生しています。野生オオムギは秋から春にかけて生育しますが、成熟後、夏の高温乾燥を耐えるために発芽を一定期間休止し、数カ月を種子の状態で休眠して過ごします。オオムギは1万年ほど前にこの野生オオムギから生まれ、世界各地に伝わりました。

岡山大学では約50年前からオオムギの種子休眠を研究しており、世界中の栽培オオムギと野生オオムギを合わせて約5,000品種の休眠程度を調査して、野生オオムギに長い種子休眠のあること、栽培オオムギの中にも地域や用途によって種子休眠の長短に大きな差があることを確認していました。さらに、その後の遺伝解析によって、種子休眠性には多数の遺伝子が関わっていることが示されていましたが、その遺伝子の構造や機能は分かっていませんでした。

世界中から集めた、300品種あまりの野生オオムギと栽培オオムギのQsd1遺伝子配列を比較すると、休眠性が短くなった品種では同じ部分の配列が変異してアミノ酸が変わり、別のタンパク質として発芽を促進することがわかりました。これらの休眠の短い品種の多くは醸造用で、遺伝子配列を解読した進化解析の結果、その祖先はイスラエル付近（南レバント:図1）の野生オオムギに起源することが示されました。イスラエル起源の野生オオムギは、その後、栽培オオムギとしてヨーロッパに伝わり、チェコや英国を中心に醸造用オオムギとして改良された際に休眠性が短くなり、近代になって日本を含む世界各地に伝わったことがわかりました。

オオムギにはアラニンアミノ基転移酵素遺伝子が5種類（Qsd1を含む）あると報告されています。本酵素は、ピルビン酸とグルタミン酸をアラニンなどに相互変換する機能を持ち、種子や葉、根など、生育の全期間を通じて働いています。
しかし、本研究で解析したQsd1は、これまで報告されているオオムギのアラニンアミノ基転移酵素遺伝子と異なり、種子が成熟するに従って、種子中の胚で特異的に作用することがわかりました（写真２）。オオムギは、本遺伝子が胚で特異的に作用することで、アラニンの代謝を制御し、種子の休眠の長さを調節する仕組みを持つことを発見しました（図2）。他の植物にもアラニンアミノ基転移酵素遺伝子が存在し、特にイネの遺伝子の中にはオオムギと同じように胚で働く遺伝子も含まれていますが、アラニンアミノ基転移酵素遺伝子が、休眠に作用するという報告はこれまでありませんでした。

栽培オオムギには休眠の長短があり、遺伝子配列の違いによってこれらの差違が生じていると考えられます。ビールやウイスキー用の麦芽を造るオオムギは休眠が短く、同じタイミングで斉一に発芽する必要があります。一方、日本や北欧など収穫期に雨の多い地域のオオムギ生産では、穂についたまま芽の出る穂発芽が、大きな障害となっています。遺伝子鑑定で調べられた休眠性の長短を、本研究成果を用いて制御することで、醸造業や収穫時に雨の多い地域のオオムギ生産に貢献することが期待されます。