大豆学

ここでは大豆学と称してダイズの色々なことを説明してみたいと思います。特に,ダイズのゲノム研究や育種研究に関連した最近の知見を含めると共に,我々の社会との関わり合いついても少し述べてみたいと思います。

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イネと聞いて何を想像しますか? 一番に思いつくのはお米でしょうか。
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ダイズと聞いて連想するものは何でしょうか? 豆腐?納豆?味噌?油? う~ん,色々ありますね。

そうなです,ダイズは主食じゃない分,用途が多いのが特徴です。そのため,各用途に合わせた品種が育成されていることからとても多様になっているのがダイズの特徴と言えます。実は,学生さんがよくお世話になっているビールのお供のエダマメ(実はエダマメはダイズの未熟種子です)もダイズなんです。最近では,ミートアナログとしての利用も盛んになっています。また,世界規模でみるとダイズは主要な油糧作物(油をとるための植物)であります。

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 それでは,ダイズの起源について少し説明をします。ダイズの起源地は,黄河中流域や下流域,中国の東北地方説,中国南部説,朝鮮半島説など所説あります。ダイズ栽培の最古の記述は中国の『詩経』(紀元前1027~453年)にあり,3,000年以上の栽培の歴史を持つことになります。ダイズの祖先野生種はツルマメと呼ばれる植物です。ツルマメは日本にも自生しています。北は北海道,南は鹿児島まで生息が確認されています。ツルマメは上の写真のようにの他の植物に巻き付いて生活しています。河川敷など日のよく当たる高木樹のない開けた場所でよく見かけます。また,同じ場所にヤブツルアズキやヤブマメといった他のマメ科植物もよく見かけます。ヤブツルアズキはアズキの祖先野生種であると考えられています。下の写真をご覧いただきますとヤブツルアズキはアズキにツルマメはダイズにそっくりであることがわかります。ちなみに,写真は左からヤブツルアズキ,ヤブマメ,ツルマメとなります。

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ダイズの生産とその利用

 それでは,ダイズの生産について説明してみたいと思います。アジア以外で本格的なダイズの生産が行われ始めたのは近年に入ってからです。ヨーロッパやアメリカでの本格的な栽培が行われるようになったのは1900年代に入ってからで,製油産業や畜産業の需要に応える形で栽培されていました。そして,第二次世界大戦を経て,1940年代以降アメリカがダイズの世界最大生産国となりました。1970年代に入りブラジルでは製油産業の機運が高まり,1974年には中国を抜き,世界第二位のダイズ生産国となりました。また急成長を遂げているインドでも,緑の革命により農業改革が行われた1960年代半ばにタンパク質不足の問題が浮上し,その際ダイズに注目があたり現在では1千万トン以上のダイズが生産されています。下記の図は,FAO統計のデータから作成した世界におけるダイズの生産量のグラフです。2018年には約3億5,000万トンが生産されています。お分かりのようにずっと上昇傾向にあります。また,グラフの中間あたりから増加度合いが一段と高くなっていることが分かります。これは1996年から遺伝子組換えダイズが商業栽培され始めたことにあると思われます。除草剤耐性などを付与した栽培の効率化が背景にあると考えられます。

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 では,国内におけるダイズ生産量を見ていきましょう。下の図は農林水産省のデータをもとに作成した国内のダイズ生産量を示したものです。2018年の生産量は約21万2,900トンでした。ここ10年ほどその生産量は横ばいの傾向にあります。また、過去30年ほどさかのぼっても冷害によって著しく収量が低下した年を除いて大きく変わっていないことがわかります。ダイズ生産の多い都道府県は北海道、宮城県、佐賀県、福岡県、秋田県などで2018年には北海道で10万トン程度の生産がありました。日本のダイズ消費量は年間360万トン程度です。つまり,340万トン程度を輸入していることになります。その多くはアメリカ合衆国、ブラジルおよびカナダからです。また、これらの年間消費のうち、食用として利用されるのは100万トン弱です。

 では,国内におけるダイズ生産量を見ていきましょう。二つ下の図は農林水産省のデータをもとに作成した国内のダイズ生産量を示したものです。2018年の生産量は約21万2,900トンでした。ここ10年ほどその生産量は横ばいの傾向にあります。また,過去30年ほどさかのぼっても冷害によって著しく収量が低下した年を除いて大きく変わっていないことがわかります。ダイズ生産の多い都道府県は北海道,宮城県,佐賀県,福岡県,秋田県などで2018年には北海道で10万トン程度の生産がありました。日本のダイズ消費量は年間360万トン程度です。つまり,340万トン程度を輸入していることになります。その多くはアメリカ合衆国,ブラジルおよびカナダからです。また,これらの年間消費のうち,食用として利用されるのは100万トン弱です(下の左図を参照)。

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 続いて,国内におけるダイズの用途について見ていきましょう。上の右図は食用として利用されるダイズの内訳を示しています。食用として利用されるダイズは年間100万トン程度です。その5割近くが豆腐加工に利用されていることがわかります。続いて,みそ,納豆,豆乳として利用が多いことがわかります。特に,健康ブームもあって最近豆乳の需要が大きくなってきている特徴があります。また,最近タンパク質の素材としてダイズから取り出されたタンパク質がミートアナログなどに利用されています(グラフではその他に含まれます)。 食用以外の用途として一番大きいのは搾油です。食用を除く200万トン以上の消費はほぼ食用油に利用されていると考えられます。また,エダマメとしてい利用されるダイズは基本,菜豆(野菜に分類される)として扱われこの用途を示すデータには含まれていません。

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 ここからはダイズの遺伝や育種研究を行う上での基本についてお話します。少し専門的な内容も含まれますが,ご覧いただけると幸いです。ダイズはマメ科に属する二倍性の植物で染色体の基本数は20です。2010年の1月に初めてダイズのゲノム配列が発表されました。そのゲノムサイズは約11億塩基対で遺伝子数は約4万6千種類でした(Naiture 48-)。このゲノム解読によってダイズの分子遺伝学的な研究は飛躍的に進歩することになりました。また,ダイズのゲノムは過去に二回の大きなゲノム重複をもたらす構造変化があったと考えられています。そのため、座上する遺伝子の種類やその順番が異なる染色体同士で共通する箇所が存在します。このように複雑なゲノム構造を持つダイズですが様々な遺伝変異を活用することで様々な品種が育成されています。日本においては北海道から九州まで様々な栽培環境に応じた品種が多数育成されています。各地域における代表的なダイズ品種を下記の図に示しました。もちろんこれ以外にも多数の品種や古くからその土地で栽培されている在来種が多数存在しています。これらすべてが遺伝資源となり,さらに新しい品種を作り出す素材となります。

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 ダイズは基本短日植物です。よって,昼の時間が短くなると花成が始まります。ダイズの花成を決める多くの遺伝子は花成を遅らせる方向に働きます。これらの遺伝子に変異が生じ機能が消失したり,低下することによって,花成のタイミングが早くなります。例えば,日本列島は南北にとても長くなっていますが,高緯度地域に位置するものほど花成が早く(早生化といいます)なります。このようにして,各地域において環境適応性を利用したダイズ品種が多数作出されています。つまり,花成に関わる変異遺伝子を上手く組わせることで早晩性を調節することができるということになります。これら一連の研究は,先述にあるダイズゲノムが解読されたことによって飛躍的に進展した研究の一例と言えるでしょう。

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 ここではダイズの遺伝子組換えやゲノム編集について少しお話をしてみたいと思います。最初にも述べましたように,1996年から遺伝子組換えダイズの商業栽培が行われています。主に除草剤耐性遺伝子を組み込み,農家の人たちの栽培管理を容易にするために活用されています。一方,これらのダイズを食材として利用する場合,社会的コンセンサスが得られにくいこともあり避けられる傾向にあります。しかしながら,研究の分野では遺伝子の機能を確認するために無くてはならないバイオテクノロジーの一つです。ダイズの遺伝子組換えの方法は下図に示すようアグロバクテリウムを介する場合とパーティクルボンバードメントの二種類があります。また,現在ダイズで行われているゲノム編集もこれらの遺伝子組換えの方法を利用しています。これらの遺伝子組換えの方法の特徴として,アグロバクテリウムの場合は水に浸した種子を材料に,また,パーティクルボンバードメントは未熟種子から誘導した不定胚を材料に遺伝子の導入を行います。いずれも,組織培養が必要でそれぞれにおいて培養可能な品種や系統でのみ遺伝子組換えを行うことができます。

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 では実際どのような形で利用されているか,私たちの研究を例にして説明したいと思います。下記の図はダイズ種子中に含まれる成分の生合成の仕組みを理解するため,関連する遺伝子の発現を遺伝子組換えによって抑制したものの写真になります。左がもとの種子ですが,遺伝子組換えすることで黄色や緑色に変化することが分かっています。この黄色や緑色の種子は実際自然に存在する変異体の中に同様の色を示すものがあります。遺伝子組み換えによって作出された個体は,これらの変異体の原因を知ることに役立ちます。

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 ゲノム編集も同様に遺伝子の機能を調べることに利用できます。下図の写真は細胞分裂の制御に関わる遺伝子にゲノム編集で変異を誘発させると左にあるもとの莢とくらべ大型化したり,大きくねじれてしまったりしていることが分かります。これらの知見を上手く利用すると自然に存在する変異を組み合わせることで種子を大きくしたりすることが可能になるかもしれません。また,私たちはダイズ種子に含まれるアレルギーを引き起こすタンパク質をゲノム編集技術を利用して取り除く取り組みも行っています。

最後まで読んで頂きありがとうございました。次回はダイズの油に関する成分育種について説明させて頂く予定です。