プレスリリース

京都産業大学・名古屋大学・東京大学・明治大学・宇都宮大学・京都大学・龍谷大学・京都府立大学の共同研究グループはこのたび、京の伝統野菜「壬生菜」が「水菜」から分岐して誕生した過程を、遺伝的解析と古文書解析の組み合わせにより解明し、「Combination of genetic analysis and ancient literature survey reveals the divergence of traditional Brassica rapa varieties from Kyoto, Japan」の題で論文発表をいたしました。
明治大学農学部 矢野 健太郎教授（バイオインフォマティクス研究室）は、大規模DNA配列解析を実施し、栽培作物のミズナとミブナの間でのゲノムや遺伝子の違いを明らかとしました。
●【遺伝的解析】ミズナとミブナの交配実験、および次世代シークエンス技術を用いた遺伝的解析から、ミズナとミブナの葉の形の違いには、BrTCP15という遺伝子が関わっていることが示されました。
●【古文書解析】日本国内の古文書の記録から、ミブナの誕生にはカブ類との交雑が関わっていた可能性を見出しました。
●そこで、カブ類についても次世代シークエンス解析を行った結果、紫姫という品種のカブもミブナと同じBrTCP15を有していることが明らかになりました。
●これらの結果から、およそ200年前にミズナとカブが交雑したことが、ヘラ型の葉を持つミブナが誕生したきっかけであるとの結論に達しました。
ミブナは京都の壬生地域発祥の京野菜です。ミブナは同じ京野菜であるミズナと同一の種ですが、ミズナの葉は切れ込みのあるギザギザな形、ミブナの葉は単純な丸いヘラ型をしています。
ミブナがミズナの栽培過程で誕生したことは知られていましたが、1787年の古文書『拾遺都名所図会（しゅういみやこめいしょずえ）』に描かれた‘壬生菜’とされる作物には、現在のミズナのような切れ込みのある葉が描かれています。この‘壬生菜’のギザギザな形が、250年足らずの間に、いつ、どのようにして現在のミブナに見られるヘラ型になったのかは不明でした。
京都産業大学の川勝弥一博士研究員（研究当時）、坂本智昭助教、木村成介教授（生態進化発生学研究室）らの共同研究グループは、ミブナの誕生に、同じアブラナ科の植物であるカブ類が関わっていた可能性があることを見出し、これを手掛かりに、今回、他の古文書も参照しながら、文献調査と遺伝子解析を組み合わせる研究を進め、伝統野菜の新たな品種であるミブナがミズナから分岐して誕生した過程とその遺伝的背景を明らかにしました。
京都には京野菜と呼ばれる伝統野菜があります。京野菜は、京都が日本の都であった794年から1868年までの間に、天皇への献上品として多くの品種の野菜が各地から集められ、栽培されたことに由来すると考えられています。近年、伝統野菜は地元野菜のブランド化や作物の多様性などの側面から価値が見直されています。今後、伝統野菜の価値をさらに高めるためには、これらの野菜類を科学的に解析し、それらの来歴を明らかにすることが重要と考えられます。
ミズナとミブナは、いずれもよく知られた京野菜です。ミズナは特徴的な鋸歯（きょし）のある葉（ギザギザした形の葉）を有していますが、ミブナは単純なヘラ状の葉を有しています（図１a-d）。両者は葉の形態が全く異なっていますが、分類学的には同一種です。ミブナは京都の壬生地方で、ミズナの栽培過程で生じたと伝えられています。一方、1787年の文献である『拾遺都名所図会』には、現在のミズナのような切れ込みのある葉をもっているミブナが描かれており（図１e）、ミブナの葉の形態が、いつ、どのようにして現在のヘラ型になったのかは明らかにされていませんでした。
この課題に関心をもった私たちは、ミズナからミブナが誕生した背景を解明するために、最も大きな形態的な違いである「葉の形」について遺伝的解析を行いました。まず、ミズナとミブナを交配させ、得られたF₁世代*1を自家受粉させることによってF₂世代*2を得ました（図2）。このF₂世代の葉は、ミズナのように鋸歯が大きなものから、ミブナのようなヘラ型に近いものまでさまざまな形が見られました。
次に、ゲノムシークエンス解析*3技術を用いた遺伝子解析を行いました。F₂世代の葉の鋸歯が高い集団と低い集団について、それぞれの集団に特徴的な遺伝子領域を特定するQTL-seqという解析を行いました（図2）。その結果、ミブナには7番染色体*4の一部の配列がミズナとは異なっており、その領域からはTEOSINTE BRANCHED/CYCLOIDEA/PCF15 (BrTCP15 ) という遺伝子が見つかりました。
BrTCP15遺伝子は、葉の形態形成に寄与することがシロイヌナズナ*5の研究から知られています。よって私たちは、「ミズナとミブナの葉の形態の違いの主な原因はBrTCP15の配列の違いによる」と結論づけました。
次に、ミズナからミブナが分岐した育種の過程を明らかにするために、古文書の調査を行いました。最も古いミブナの記録は1787年に刊行された『拾遺都名所図会』で見つかり、ここで描かれているミブナは、現在のミズナのような切れ込みのある葉が描かれていました（図3a）。以後のミブナの記録では、1850年頃に刊行された『草木図説』には「ミブナの葉は欠刻（＝ギザギザ）が少ない」と記されていた他（図3b）、ほぼ同時期の文献である『植物図説雑纂』には、ミズナの一種としてやや単純な葉を持つ植物の記録が残されていました（図3c）。さらに、1873年に刊行された『日本産物誌』には「ミブナの葉に欠刻なし」と記されていました（図3d）。以上より、「ミブナは1800年代中頃から葉の形態が単純化し始めて、1800年代後半にはヘラ型の葉として定着した」と考えられました。
ここで、ミズナからミブナへの移行期間に刊行された『植物図説雑纂』のミズナの一種に再度注目すると、この野菜はカブのような大きな胚軸*6を持つことがわかります（図3c）。さらに、最古のミブナの記録である上述の『拾遺都名所図会』に描かれたミブナも、カブのような胚軸が描かれていました（図1e）。そこで、「ミズナとカブとが交雑したことが、現在のヘラ型の葉を持つミブナが誕生したきっかけである」という仮説を立てました。
この仮説を検証するために、カブ類についてもゲノム配列の解析を行い、ミズナとミブナの配列との比較を行いました。その結果、紫姫という品種のカブのゲノムは、ミズナとミブナの葉の形の違いに関わるBrTCP15遺伝子を含む領域が、ミブナに近い配列であることがわかりました（図４a-b）。この結果は、ミブナのヘラ型の葉の形態形成に関わる遺伝子が、カブ類に由来していた可能性を示しています。
以上の結果から、現在のヘラ型の葉のミブナの誕生の原因は、1800年頃にミズナとカブとが交雑したことである可能性が示されました（図５a-b）。葉の形態の多様性は、光合成効率を高めるためや、環境適応のためなどの理由で生じたと考えられていますが、一方で、栽培の効率化や食事をより豊かにするために、人為的に多様化が進められたことも知られています。国内の文献記録に注目することで、日本特有の品種や作物が誕生した過程やその遺伝的背景について、詳細に理解できることが期待できます。
今回、京都の伝統野菜であるミズナとミブナの葉の形態の研究により、ミブナは、ミズナとカブとが交雑したことによって誕生したことが示されました。京野菜については、国内に先人たちの手による多数の記録が残されており、これらの調査から推察された育種の過程を、生命科学的な手法（遺伝的解析）によって裏付けることができました。
古文書が残っているのは京都だけではありません。日本国内には、野菜、花、動物など、さまざまな生物の記録が多数残されています。これらの調査と生命科学的な手法を組み合わせることで、今後、日本特有の品種や作物について詳細な理解が進んでゆくと考えています。今回の研究成果を通して、野菜類をはじめとした生物の多様性や形態の特徴などに関心を持つきっかけにしていただければと願っています。
（京都産業大学　木村成介）
１　F₁世代：雑種第一代のこと。異なる両親の交雑の結果生じた、第一世代目の子孫。