野生トマトのゲノムが明らかにする、構造変異とレトロトランスポゾンの爆発が交配を阻む仕組み
野生トマト種は、干ばつ耐性、病害抵抗性、耐塩性といった貴重な遺伝的形質を持っており、育種家はこれらを栽培トマトに導入したいと考えている。しかし、一つの永続的な障害がある。野生トマトと栽培トマトを交配すると、染色体が重要な位置で遺伝物質の交換を拒否し、望ましい遺伝子の移行を妨げるのである。
ケルンのマックス・プランク植物育種研究所が率いるチームは、今回、2種の野生トマトについてこれまでで最高品質のゲノムアセンブリを作出し、その過程で、これらの組換え障壁の原因となる構造的特徴を特定した。6月28日にNature Communicationsに掲載されたこの研究成果は、ゲノムツールキットと、なぜ一部の野生形質が現代のトマトに育種することが如此困難なのかに関する機構的理解の両方を提供するものである。
2つの野生ゲノム、146 Mbpの新配列
研究者らは、PacBio HiFi（高精度、約20 kbのリード）とOxford Nanoporeの超長リード（最大約200 kb）を組み合わせ、Omni-Cクロマチン立体構造データで足場付けを行い、Solanum pennellii（LA0716系統、アンデス地域由来のストレス耐性種）とSolanum cheesmaniae（LA1039、ガラパゴス諸島由来の耐塩性種）をシークエンスした。
得られたアセンブリは、トマト近縁野生種ゲノムの新たな基準を打ち立てた。両方ともBUSCO完全性98%以上、Merqury品質値69以上、LAIスコア14以上を達成した。S. pennelliiのアセンブリは、12染色体にわたって1,109 Mbpであり、従来のリファレンスと比較して145.9 Mbp（約146 Mbp）の配列を追加し、41,000以上のギャップを埋め、従来見逃されていた第3、6、7、8染色体上の逆位を新たにアセンブリした。S. cheesmaniaeのアセンブリは862 Mbpであった。
責任著者であるチャールズ・J・アンダーウッド氏（マックス・プランク研究所およびラドバウド大学に所属）は、この改良は劇的だと述べている。「以前のS. pennelliiのゲノムは本質的にドラフトに過ぎませんでした。現在では、野生ゲノムと栽培ゲノムがどこでどのように異なるかを正確に把握できるリファレンスグレードのアセンブリが手に入りました。」
Tekayレトロトランスポゾンの爆発
最も顕著な発見の一つは、野生トマトと栽培トマトの間の転移因子含有量の差である。S. pennelliiの全TE含有量は約65%に達し、栽培トマトの約55%と比較される。トマトクレード全体で最も活性の高い系統は、Ty3/Gypsy LTRレトロトランスポゾンのTekayファミリーである。
S. pennelliiは約3,200のTekay要素を保持しており、栽培トマト（1,261～1,380）の2倍以上である。インテグラーゼ配列の系統学的クラスタリングにより、S. pennelliiと別の野生種であるS. peruvianumで独立したTekayの爆発が発生したことが確認された。これらの反復配列の拡大は最近のものでもある。野生トマトのLTRレトロトランスポゾンは、栽培種のものよりも若く、より最近に挿入されたものである。
注目すべきことに、研究者らは、IPT（サイトカイニン生合成）遺伝子がS. pennelliiのTekay要素近傍に有意に濃縮されていることを発見した（p = 1.96 × 10⁻¹⁵）。これは、これらの野生レトロトランスポゾン挿入がストレス関連ホルモン経路に調節効果を持つ可能性を示唆しており、ストレス耐性育種の潜在的な標的となる。
逆位と組換えコールドスポット
これらの構造的特徴が育種にどのように影響するかを理解するため、チームは3つのハイブリッド戻し交配集団（S. pennellii × 栽培トマト、S. cheesmaniae × 栽培トマト、および種内栽培 × 栽培交配）から得た709組換え植物の全ゲノムシークエンスデータを生成した。
結果：ゲノムの約64%（529 Mbp）は組換えコールドスポットで構成されており、これらは交差がほとんどまたはまったく起こらない領域である。これらのコールドスポットは3つのハイブリッドすべてで保存されており、3つの要因によって駆動されている：
1. メガベース規模の逆位 、 染色体セグメントがもう一方の親に対して反転している領域で、交差を物理的に不可能にする。チームはS. lycopersicumとS. pennelliiの間で合計200 Mbpを超える202の逆位を特定し、新たに発見された4.7 Mbp、2.2 Mbp、7.1 Mbp、および約20 Mbpの逆位を含む。
2. 挿入欠失多型 、 一方の種に存在するが他方には存在しない長い配列領域で、減数分裂時の相同染色体対合を妨害する。
3. セントロメア周辺反復配列 、 セントロメア周辺のGypsy/Copiaレトロトランスポゾンの高密度クラスターで、交差開始を抑制する。
異性発現：育種家のための実用的な発見
即座に実用的な関連性を持つ発見：雌側の戻し交配集団は、3つのハイブリッドすべてにおいて雄側集団より28～36%多くの交差を示した。これは、種間交配において雌側を反復親として使用することで、望ましい野生形質に付随する望ましくない遺伝的関連（連鎖ドラッグ）を断ち切る可能性が大幅に高まることを意味する。
「これは、詳細なゲノム情報なしでは育種家が考慮できなかったことです」と、第一著者のウィレム・ファン・レンス氏は述べている。「交配の方向が重要であり、それが非常に重要であることが今わかりました。」
トマト育種への影響
構造変異、反復配列の拡大、保存されたコールドスポットの3つの組み合わせは、なぜ野生近縁種由来の特定のストレス耐性や病害抵抗性の形質が、従来の戻し交配によってエリート品種に導入することがほぼ不可能であったのかという、トマト改良における長年の謎を説明するものである。
高品質のアセンブリにより、単一塩基精度で野生由来の遺伝子移入を追跡し、特定の逆位を標的とする（あるいは回避する）マーカーを設計し、雌側の交差優位性を活用することが可能になった。新たに利用可能となった約146 Mbpの野生遺伝子配列について、育種のボトルネックは「見えるか？」から「解放できるか？」へと移行している。
出典：
1. van Rens, W.M.J., Fuentes, R.R., Zangishei, Z., Primetis, E. et al. “Wild tomato genome assemblies reveal structural variants and repeat content act as recombination barriers.” Nature Communications 17, 5590 (2026). DOI: 10.1038/s41467-026-74784-5
2. Max Planck Institute for Plant Breeding Research. プレスリリース、2026年6月28日。
雅子 訳