ワサビの染色体レベルでのゲノム解読に成功

東京工業大学 生命理工学院 生命理工学系の伊藤武彦教授、田中裕之研究員、堀立樹さん（学士課程4年生、研究当時）、東海国立大学機構 岐阜大学 応用生物科学部の山根京子准教授、山本祥平さん（学部4年生、研究当時）、情報・システム研究機構 国立遺伝学研究所の豊田敦特任教授、東京都立大学 矢野健太郎客員教授の研究グループは、世界に先駆けてワサビのハプロタイプレベル^[用語1]での高精度な全染色体参照ゲノム^[用語2]解読に成功しました。

ワサビは日本原産の香辛野菜であり、日本食文化に欠かせない重要な食材です。近年の和食ブームの影響もあり世界的な需要も増加するなかで、抗酸化作用や癌抑制作用など、機能性食品としても注目されています。今回私たちはワサビの全ゲノムの高精度な解読に成功しました。用いた植物材料は、全国わさび品評会において常に上位入賞し、現在最も市場価値が高い品種‘真妻（まづま）’です（図1）。

本研究では、次世代シーケンサー（PacBioおよびIllumina,）とHi-Cとよばれる染色体立体配座捕捉法を用いて染色体スケールのアセンブリを行いました。その結果、ワサビは7本の染色体が4組からなる異質四倍体生物であることを明らかにするとともに、7本x4組＝合計28本の染色体から構成される合計1,512.1 Mbの配列データを明らかにしました。どのくらい長い配列をつなげられたかを示す指標であるN50の長さは55.67 Mbでした。さらに、リードマッピングと系統解析により、28本の染色体を2組のサブゲノム、更にはそれぞれを2組のハプロタイプの割り当てに成功しました。3種類の方法（Benchmarking Universal Single-Copy Orthologs、Merqury、Inspector）で評価した結果、得られたゲノム配列は高品質で完全性の高いものであることが示されました。今回明らかとなったゲノム配列は、遺伝や進化などの基礎研究、品種改良など農業分野、さらには在来や野生ワサビの保全のための情報整備など、多くの分野での活用が期待されます。

本研究成果は、日本時間2023年7月11日にNature姉妹誌Scientific Dataのオンライン版で発表されました。

ワサビの属するアブラナ科はダイコンやカブ、キャベツやシロガラシなど、経済的にも重要な野菜を数多く含み、すでに90種類のゲノムが解読されています。今回のワサビゲノム解読により、日本固有種ワサビの種分化機構や、辛味成分の生合成にかかわる遺伝的背景の解明も期待されます。

アブラナ科植物は過去にゲノム重複を繰り返していることに加え、ワサビは四倍体であり、かつ極めて高いヘテロ性を維持していたこともあり、精度の高いアセンブル^[用語3]は非常に困難でした。しかし今回、ロングリードシーケンスやHi-Cなどの最新技術を駆使し、高品質の染色体ゲノム配列の解読に成功しました。

「わさびはなぜ辛い？」などの基本的かつ重要な問いに対し、辛味成分の進化や栽培起源の解明を目指します。また、優良品種の育成に有用なデータを収集し、貴重な品種や在来、野生集団の保全に役立つ情報の整備を行う予定です。

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7月28日 10:22 本文中およびPDFファイル内の表記の一部を修正しました。