遺伝的多様性を維持する力は植物の収量も増やす~農業への貢献に期待~

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2026-06-12 北海道大学

北海道大学の佐藤安弘助教は、モデル植物シロイヌナズナを用いて、自然界で遺伝的多様性が長期間維持される仕組みと、それが植物の生産性向上に結び付くことを明らかにした。一般に遺伝的多様性を維持するには、少数派の遺伝子型が有利になる「負の頻度依存選択」が必要と考えられている。本研究では、遺伝病研究で用いられる統計解析手法を植物間競争の解析へ応用し、シロイヌナズナ第5染色体上に少数派有利な選択を生み出す遺伝子座を発見した。この遺伝子座について異なる対立遺伝子を持つ個体を混植すると、同じ遺伝子型のみを植えた場合に比べ収量が約3%増加した。また周辺ゲノムには多様性が長期間維持された痕跡があり、近傍には根の伸長に関わる遺伝子が存在していた。これらの結果から、根の競争が緩和されることで少数派遺伝子型が有利となり、結果として集団全体の生産性向上につながることが示唆された。本成果は、遺伝的多様性維持の進化機構と農業生産性向上を結びつけた初めての遺伝学的証拠であり、将来的な作物増収技術への応用が期待される。

遺伝的多様性を維持する力は植物の収量も増やす~農業への貢献に期待~
隣り合って生育するシロイヌナズナの個体(左:札幌市内の屋外にて佐藤安弘撮影)。五番染色体上の遺伝子座における少数派有利な選択圧(中央)と異なる対立遺伝子の混植による収量増加(右:平均±標準誤差)。右側の二つの図は論文のデータを元に平均値の変動に着目して再作図。

<関連情報>

負の頻度依存選択は隣の遺伝子型の影響を介してシロイヌナズナの収量を増加させる Negative frequency-dependent selection underlies overyielding through neighbour genotypic effects in Arabidopsis thaliana

Yasuhiro Sato
Philosophical Transactions of the Royal Society B  Published:11 Jun 2026
DOI:https://doi.org/10.1098/rstb.2025.0179

Abstract

Negative frequency-dependent selection (FDS) can increase both genetic diversity and population-level mean fitness. While the dual consequence of negative FDS has been theoretically recognized, its genomic basis remains unknown. To explore a genetic link between negative FDS and overyielding, I conducted a genome-wide association study (GWAS) of neighbour genotypic effects on the growth of 98 Arabidopsis thaliana genotypes. By incorporating neighbour genotypic similarity, this GWAS analysis detected the most significant single-nucleotide polymorphism (SNP) on the fifth chromosome of A. thaliana, which was 6 kbp from a known locus responsible for indirect genetic effects. I found negative FDS on the most significant SNP, where individual plants increased their biomass in the presence of neighbours with a dissimilar allele. I also observed overyielding in which a biallelic mixture of the most significant SNP showed a 3% increase in biomass compared with monoallelic conditions. Furthermore, I focused on the genomic region near the most significant SNP and found a signature of balancing selection near a negative regulator of ethylene responses, SIRTUIN 2. The present analysis uncovered a quantitative trait locus linking balanced polymorphisms and overyielding in A. thaliana, providing a proof of principle to understand the maintenance of polymorphism and its positive impact on population productivity.

細胞遺伝子工学
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