投稿者: ソーク研究所の研究者を筆頭に、オレゴンCBD、オレゴン州立大学、ハドソンアルファバイオテクノロジー研究所と共同で、チームはこれまでで最も包括的な大麻パンゲノムを作成しました。193種類の大麻ゲノムからなるこの遺伝子地図は、驚くべき多様性を明らかにし、医療、農業、そして産業における育種加速の基盤を築くものです。
「大麻は地球上で最も素晴らしい植物の一つです」と、本研究の筆頭著者であり、ソーク研究所の研究教授であるトッド・マイケル氏は述べています。「この新しいゲノムマップにより、現代の育種技術を応用し、農業、医療、バイオテクノロジーの分野で新たな化合物や形質を発見することが可能になります。」
植物の化学兵器庫を解き放つ
カンナビス・サティバL.はまさに化学の金鉱です。乾燥重量の30%以上を、花を覆う腺毛で合成されるカンナビノイドとテルペンという小さな分子で占めています。これらの化合物は植物の自然な防御機能として機能しますが、人間は治療効果、芳香効果、精神活性効果を求めて利用しています。
中でも、CBD（カンナビジオール）とTHC（テトラヒドロカンナビノール）が最もよく知られています。例えば、抗てんかん作用で知られるシャーロットズ・ウェブなどの品種の人気は、 CBDが一般大衆に受け入れられるようになり、科学的な関心も新たに高まりました。
バイオ燃料から栄養オイルまで、大麻は多用途に利用されているにもかかわらず、そのゲノム構造は長らく謎に包まれています。法的規制により体系的な選抜と研究が妨げられ、多くの形質が未解明のまま、未開発のまま残されています。
ゲノム技術のブレークスルー
従来の遺伝学研究では、大麻の複雑なゲノムのために困難に直面してきました。わずか5%の植物と同様に、大麻は雌雄異株であり、雄株と雌株が別々に存在します。また、そのゲノムは転移因子（ゲノムを「飛び越える」DNA断片）で満たされており、配列決定と解析を複雑化させています。
研究チームは、断片化された配列を組み立てるのではなく、数千塩基対を一度に解読できるロングリードシーケンシング技術を用いることで、これらの課題を克服しました。このアプローチにより、ハプロタイプ解析と呼ばれるプロセスで、両親からそれぞれ1組ずつの染色体セットをマッピングすることが可能になりました。これは大麻では初めてのことです。
「私たちは、パンゲノムの分野でこのロングリード技術を大規模に活用した最初の研究者たちのうちの1人です」とマイケル研究室のポスドク研究員で共同上級著者のリリアン・パジット・コブ氏は述べた。
「これにより、構造的変異と遺伝子の順序に関するすべての情報が得られ、大麻植物の好ましい形質を選択するための最終決定に役立ちます。」
隠れた多様性とイノベーションの機会
世界中から集められた144種の植物を解析したパンゲノム研究では、驚くべきレベルの遺伝的多様性が明らかになった。研究チームは各植物の2組の染色体を解析することで、193のゲノムを集積した。そのうち181はこれまでカタログ化されていなかった。
これらの結果は多くの仮説に疑問を投げかけるものです。ゲノム全体で見つかった遺伝子はわずか23%で、 55%はほぼ普遍的であり、21%はゲノム間で異なっていました。驚くべきことに、脂肪酸代謝、植物の成長、防御に関連する遺伝子が最も変異が多く、新たな育種戦略の源泉となっています。
最も重要な発見の一つは、テトラヒドロカンナビバリン（THCV）の遺伝学的基盤の解明です。THCVは、あまり知られていないカンナビノイドですが、その活力を与える非精神活性作用から、ますます注目を集めています。研究者らは、脂肪酸生合成経路の変異がTHCVの生産を決定することを明らかにしました。これは、大麻の機能育種における新たな境地を切り開きました。
さらに、 THCとCBDの合成を司るTHCAS遺伝子とCBDAS遺伝子が転移因子に組み込まれていることが判明し、人間による選択、つまり 育種がこの種のゲノム多様性に大きく貢献していることを示唆している。
選択の再考：雄植物の役割
この研究は、大麻の性染色体にも光を当てています。長年にわたり、現代の品種改良では、雌株に雄花を咲かせることでY染色体の寄与を排除し、雌化種子を優先してきました。しかし、この近道には代償が伴う可能性があります。
「『父』植物にのみ存在する遺伝子があり、それを利用してより優れた子孫を選抜することができる」と著者らは述べている。雄のゲノムを無視することで、育種家は活力、回復力、さらには新規化合物の生産に関連する貴重な形質を見逃してしまう可能性がある。
もう一人の共同筆頭著者であるライアン・リンチ氏によると、この遺伝学的知識を商業的な育種に取り入れることで、大きな成長が促進される可能性がある。「市場の関心と大麻のゲノムに関するこの新しい知識が結びつき、育種努力の指針となれば、麻と麻油は人間の健康や産業用途で本格的に普及するだろうと私は信じています。」
次のステップは?
研究チームは、大麻パンゲノムが世界中の科学者、育種家、そして政策立案者にとって、オープンでダイナミックなリファレンスとなることを期待しています。この知識は、医療用途、持続可能な農業、さらには代替ジェット燃料や高栄養価の種子油といったバイオ産業用途に適した品種を開発するための精密育種を導く可能性があります。
この研究はまた、アジアに大麻の野生祖先が存在する可能性を示唆しており、そこには独特の環境条件によって形成された未開発の遺伝形質が潜在している可能性がある。このような植物の発見と配列解読は、パンゲノムをさらに拡大し、世界的な作物開発のためのより多くのツールを提供することになるだろう。
どうしてこんなことが可能だったのでしょうか?
この前例のない大麻の遺伝子地図の作成は、科学的な粘り強さ、技術革新、そして進化する規制の組み合わせによってのみ可能となりました。大麻の研究と栽培を合法化した2014年と2018年の米国農業法案は、その決定的な役割を果たしました。これらの法案は、研究者に植物サンプルの収集、機関間の連携、そしてかつては科学の片隅に追いやられていた作物に高度なゲノム技術を適用するための法的枠組みを提供しました。
トッド・マイケル氏によると、「これらの法的規制は、地下栽培革命を促し、大麻の化学工場としての力を明らかにした」とのことだ。しかし今日、政策の変化と科学の進歩により、大麻はゲノム、設計図、そして未来を武器に、影から姿を現しつつある。
Reference : Comment 193 génomes de cannabis pourraient révolutionner la santé, l’industrie et la planète
https://www.newsweed.fr/revolution-genetique-pangenome-cannabis/
