リースリング206クローンの研究、年ごとの変動の説明にはエピゲノムデータがより有効と示唆

リースリングのブドウ樹を調べた研究者らは、遺伝データとエピジェネティックデータが、ブドウ畑の生産性が年ごとに変化する仕組みの異なる側面を捉えられることを示す証拠を報告した。この知見は将来的に、変化する条件下でもより安定した成績を示すクローンを、育種家や栽培農家が選ぶ際に役立つ可能性がある。

この研究は、11月6日（金）にbioRxivで公開されたプレプリントとして発表されており、まだ査読を受けていない。ドイツのガイゼンハイム大学の研究者らが主導し、オーストラリアおよびホーエンハイム大学の研究者が協力した。

研究者らは、リースリングの206クローンを対象に9回の生育期にわたって分析し、収量と果汁の品質に関わる形質を調べた。焦点を当てたのは、長年にわたりブドウ樹などの多年生作物が抱えてきた課題である、遺伝子型×環境相互作用だ。実際には、ある年に優れた成績を示したクローンが、天候などの環境条件の変化によって、翌年には同じ順位にならないことを意味する。

研究チームはUMR-seqと呼ばれる手法を用い、同じサンプルライブラリーからゲノムとエピゲノムのペアプロファイルを作成した。ゲノムデータでは、SNPを含むDNA配列の違いを追跡した。エピゲノムデータでは、非メチル化領域に着目した。これは、遺伝暗号そのものを変えることなく、遺伝子発現の調節に変化が生じたことを示す可能性があるDNAメチル化のシグナルだ。

研究者らはこのペアデータを使い、各情報層がクローン間の差や、クローンの成績が年ごとにどう変化するかをどの程度説明できるか検証した。プレプリントによると、統計モデルで遺伝子型×環境相互作用を明示的に考慮しなかった場合、測定した形質のばらつきのうち最も大きな割合を環境要因と残差が占め、クローンの主効果は比較的小さかった。この条件では、5形質中4形質でクローン間の分散の大半をゲノム上の関連性が説明し、エピゲノム関連行列を加えてもほとんど差はなかった。

研究者らが年ごとの相互作用効果をより直接的にモデル化すると、状況は変わった。著者らによると、これらの分析ではエピゲノム情報が遺伝子型×環境相互作用の分散の大きな割合を説明し、5形質中4形質でゲノム情報を上回る寄与を示した。これは、同じクローンがシーズンによって異なる振る舞いをする理由を理解するうえで、エピゲノムが特に重要である可能性を示している。

また、2つのデータ層が異なる方法で同じものを測定しているわけではないことも明らかになった。著者らによると、ゲノムとエピゲノムの関連性は、年ごとにクローンの順位が入れ替わるパターンをそれぞれ異なる形で捉えていた。つまり、条件がシーズンごとに変わるなかで、相対的な成績がどう変化するかについて、各情報層が異なる変化を特定した。研究チームが推定効果のうち最も大きなものをゲノム上の領域に対応づけたところ、ゲノムとエピゲノムの強いシグナルは概して異なる領域に位置しており、重なりは偶然に期待される範囲を超えなかった。

この研究は、エピジェネティックマーカーだけでブドウ畑における安定した成績を予測できると示したものではなく、クローン選抜に使える具体的なツールを提示したものでもない。それでも、従来のゲノム情報とエピゲノムデータを組み合わせることで、クローン繁殖される作物の選抜を改善できる可能性を示している。特に、年ごとの変動が大きな懸念となる場合に有用となり得る。

この可能性は、植物育種の理論にとどまらず、実際の生産にも関わる。ワイン生産では、シーズンごとの変動がブドウの収量と果汁の組成の双方に影響し、いずれも供給量と品質を左右する。今後の研究で、変動の大きい条件下でも成績がより安定するクローンの特定にエピゲノムデータが役立つと確認されれば、育種家や苗木業者が、天候が不安定なブドウ畑でのクローン選択にその情報を活用できる可能性がある。ただし、こうした応用はまだ仮説の段階であり、このプレプリント以外の研究による検証が必要だ。

論文は、多年生作物の育種が直面するより大きな課題のなかに、今回の結果を位置づけている。ブドウ樹はクローン繁殖され、圃場に何年も定植されるため、選抜の判断には費用がかかり、後から変更するのも容易ではない。限られた試験で有望に見えたクローンでも、年ごとの条件に強く左右されるなら、長期にわたって同じ成果をもたらすとは限らない。そのため、年をまたいだ安定性を左右する要因の解明は、ブドウ栽培と育種における重要課題となっている。

著者らは、今回の結果が、遺伝子型×環境相互作用をもたらす分子レベルの要因を調べるとともに、ゲノム情報とエピゲノム情報が変動の大きい環境に適したクローンの選抜を改善できるかを検証するための基盤になると述べた。この研究では、エピゲノムのシグナルが時間の経過とともにどれほど持続するか、また、リースリング以外の品種や別の場所、今回調べた形質以外にも知見が広く当てはまるかは明らかになっていない。ほかのブドウ品種や多年生作物でも同様のパターンが見られるかどうかも、今後の課題として残されている。

それでも今回の研究は、従来の遺伝マーカーでは十分に捉えられない農業形質の説明に、エピジェネティックな変異が役立つかどうかへの関心の高まりに加わるものだ。今回のプレプリントが示す中心的な点は、エピゲノムがゲノムに取って代わるということではない。むしろ、両者が成績の異なる側面を示しているように見えたということだ。多くの形質では、クローンの主効果を説明するうえでゲノム上の関連性の方が有用だった一方、年ごとの相互作用パターンの大部分を説明するうえでは、エピゲノム上の関連性の方が有用だった。

論文はプレプリントの段階にあるため、手法や解釈はまだ査読を経て検証されていない。それでも、リースリング206クローンを9シーズンにわたって調べたこのデータセットは、ブドウ畑のクローン研究として異例の広さを持つ。ゲノムとエピゲノムを組み合わせた測定が、ブドウ生産の長期的な不安定さの研究にどう活用できるかを示す、初期段階の知見となっている。