森林総合研究所
新潟大学
東京大学
自然科学研究機構 基礎生物学研究所
新潟県森林研究所
ポイント
・花粉症対策に光明！スギ花粉の生産に関わる遺伝子を新たに特定
・この遺伝子のたった1塩基の変異で花粉ゼロ
・無花粉スギの苗木生産の増大につながる成果
概要
国立研究開発法人森林研究・整備機構森林総合研究所、新潟大学、東京大学、基礎生物学研究所、新潟県森林研究所の研究グループは、無花粉スギの原因遺伝子MS4を特定しました。人工交配によって作製したスギ集団を用いた遺伝分析とスギ参照ゲノム配列を活用して候補となる遺伝子を絞り込みました。得られた候補遺伝子が花粉生産に関わることをモデル植物のシロイヌナズナを用いて検証することに成功しました。MS4は、花粉壁の生成に関わる酵素（TKPR1）を合成する遺伝子であり、この遺伝子のわずか1つの塩基が変異することで無花粉になることが明らかになりました。現在、無花粉スギは、MS4とは別の遺伝子が変異した無花粉スギの雌花に有花粉のスギをかけあわせて無花粉スギの種子を得て苗木を生産していますが、この方法においてMS4を使用する選択肢が得られたことで無花粉スギの新たな育種や生産の増大につながると想定され、花粉症対策への貢献が見込まれます。
本研究成果は、2023年8月8日にPNAS Nexus誌でオンライン公開されました。
図 正常なスギ（左側）と
MS4タイプの無花粉スギ（右側）の雄花および花粉の形態比較
スギの雄花の房（左上）から雄花を１つ取りナイフで切断しました。正常なスギでは非常に多く粉状の花粉が確認できますが（A)、無花粉スギではそれを確認できません（B）。花粉を電子顕微鏡で観察すると、正常なスギは楕円体にパピラと呼ばれる突起（赤い矢印の部分）のついた特徴的な形の花粉の粒子が観察されますが（C)、無花粉スギでは粒子がつぶれており、飛散する能力がないと考えられます（D)。また正常な花粉の表面にはオービクルと呼ばれる粒子状の構造（白い矢印）が全体的に多く観察できますが（C）、無花粉スギでは数が少なく形も異常でした（D）。さらに花粉の切断面を電子顕微鏡で観察してみると正常なスギでは花粉外壁の外層（Ec）が十分に発達している（E）一方で、無花粉スギでは未発達（dEc）であることがわかりました（F）。なお花粉症の原因となる物質（「抗原」と呼びます）は花粉外壁の外層（Ec）やオービクル等に存在することが知られています。
