著者の所属・活動拠点の国は、中国です。

掲載誌：Agronomy

ライセンス: CC BY 4.0　対象: 公開論文　確認元: 論文PDF

研究の目的

小麦の加工品質は、パンや麺に加工するときの生地の性質を左右し、製品の出来を決める中心的な要素です。品質は、子実（穀粒）のタンパク質含量、こねたときに生地が安定して保たれる時間（生地安定時間）、生地を引き伸ばすのに要するエネルギー（エキステンソグラフのエネルギー）など、複数の指標で評価されます。研究チームによると、中国の国家規格では「強力小麦」とされるのに、タンパク質含量14%以上、生地安定時間8分以上、伸長エネルギー90平方センチメートル以上が求められます。しかし、中国で現在栽培されている品種の多くはこれらの指標が中程度で、専用品種が大きく不足しています。

加工品質は主に、子実にたまる貯蔵タンパク質（グルテンのもとになるタンパク質など）の組成と量で決まります。一方で、子実が実っていく登熟期に、遺伝子の働きやタンパク質の量の変化が品質とどう連動するのかは、十分に解明されていません。研究チームは、性質の異なる2品種を異なる2地域で育て、栽培地による品質の違いが品種によってどう異なるかと、それに関わる遺伝子の働きを調べました。目的は、今後の研究や品質を重視した育種で調べるべき候補の代謝経路や遺伝子を示すことです。

何を、どのように調べたか

対象は、新疆ウイグル自治区で育成された冬小麦の2品種です。新冬23号はグルテンの強い強力系の品種、新冬53号は麺の加工向けに改良された中力系の品種です。7品種を植えた圃場試験の品質結果を確かめた後、加工品質の特徴が対照的なこの2品種が選ばれました。

栽培は2024〜2025年の作期に、環境の異なる新疆の伊犁（イリ）と塔城（タルバガタイ）の2か所で行われました。各地で品種ごとに3つの区画（1区画12平方メートル）を設け、ばらつきを考慮した配置で栽培しました。成熟した子実では、粒の幅、千粒重、タンパク質含量、湿グルテン含量、生地の性質などの品質指標を測定しました。

さらに、開花からおよそ10日、20日、30日後の実りかけの子実を採取しました。各区画から50粒以上を集め、12区画×3時期の計36試料を分析しました。同じ試料で、どの遺伝子がどれだけ働いているか（トランスクリプトーム）と、どのタンパク質がどれだけあるか（プロテオーム）を網羅的に測定しました。2つの地域の間の差と、品種どうしの差を比べました。また、「地域による違いの出方が品種によって異なるか」という遺伝子型と環境の交互作用も統計的に検定しました。あわせて、似た動きをする遺伝子のまとまりを探すネットワーク解析や、遺伝子とタンパク質の変化の対応づけも行いました。さらに、8つの候補遺伝子について、別の方法（定量PCR）で働きを確かめました。

主な報告結果

品質では、両品種とも塔城産が伊犁産より、タンパク質含量、湿グルテン含量、伸長エネルギー、生地の伸びに対する抵抗が有意に高くなりました。生地安定時間の地域差は、新冬23号では9.80分で有意でしたが、新冬53号では2.93分で有意ではありませんでした。調べた8つの品質指標のうち6つで、地域による差の大きさが品種によって異なる交互作用が統計的に有意でした。たとえば生地安定時間では、塔城と伊犁の差が新冬23号の方で6.87分大きくなりました。タンパク質含量と生地の伸びやすさについては、有意な交互作用は認められませんでした。品種間では、どちらの地域でも新冬23号のタンパク質含量が新冬53号より約8%高く、生地安定時間も長くなりました。同じ地域の3区画の間でのばらつき（変動係数の平均）は、新冬53号が3.07%で、新冬23号の6.54%より小さくなりました。

粒の形では、塔城産の方が幅が広く、千粒重も重くなりました。新冬23号では幅2.74ミリ対2.52ミリ、千粒重42.33グラム対33.09グラムでした。新冬53号では幅3.04ミリ対2.55ミリ、千粒重47.89グラム対34.55グラムでした。

遺伝子の働きを全体として比べると、試料は地域や品種よりも、まず登熟の時期によって大きく分かれました。地域間で働きに差がある遺伝子の数は、新冬23号では開花後10日、20日、30日でそれぞれ11,139、5,823、2,235個でした。新冬53号では2,812、622、2,535個でした。開花後10日と20日の新冬23号では、地域間で差がある遺伝子が、同じ地域内での品種間の差より大幅に多く見つかりました。

差があった遺伝子の機能を調べると、新冬23号では次の経路が多く含まれていました。登熟初期にはデンプン・ショ糖の代謝と、細胞内でタンパク質を作り折りたたむ小胞体でのタンパク質加工、中期にはタンパク質を合成する装置であるリボソーム、後期には窒素代謝です。新冬53号では、初期と後期に光合成関連、中期と後期に小胞体でのタンパク質加工が多く含まれていました。ネットワーク解析では、両品種とも初期と中期に塔城で高まる遺伝子群が見つかりました。その中心には、リボソームのタンパク質や翻訳に関わる因子の遺伝子が含まれていました。

遺伝子とタンパク質を直接対応づけると、地域差の現れ方には正の相関がみられ、特に登熟中期ではっきりしていました。新冬23号の中期には、貯蔵タンパク質の一種であるオメガ・グリアジンの候補で、遺伝子の働きとタンパク質量がそろって塔城で高くなっていました。定量PCRでは、地域差の48の比較のうち28が有意でした。地域差の方向が網羅的解析と一致したのは48のうち30でした。

この報告が示すこと

研究チームは、同じ2地域でも品種によって品質の変わり方が異なると結論づけています。強力系の新冬23号は栽培地による品質の変動が大きく、中力系の新冬53号はいくつかの品質指標で地域差が小さいとしています。新冬23号では、登熟初期の小胞体でのタンパク質加工と中期のリボソーム関連の働きが品質の違いに関わる候補として示されました。研究チームは、タンパク質の合成・加工と品質の結びつきを、検証が必要な作業仮説として位置づけています。オメガ・グリアジンの候補が生地の性質にどう寄与するかはまだ評価されておらず、グルテニンとグリアジンの比率も測定されていません。研究チームは、この結果を品種と栽培地の組み合わせを検討するための予備的な手がかりとしています。

限界として、研究チームは次の点を挙げています。試験は1作期・2地域のみであること。各地の気象・土壌・栽培管理が同時に異なり、どの要因が効いたかは切り分けられていないこと。品種は品質の事前選抜をもとに選ばれたこと。3時期の試料は同じ区画から繰り返し採取したものであること。また、ネットワーク解析は探索的な関連を示すものにとどまり、定量PCRの結果も測定条件の検証が不十分なため条件付きであるとしています。

原著論文の著者・所属：Anding Zhou（Institute of Crop Research, Academy of Agricultural Sciences of Xinjiang Uyghur Autonomous Region, Urumqi 830091, China; Key Laboratory of Crop Heterosis and Utilization (MOE) and Beijing Key Laboratory of Crop Genetic Improvement, China Agricultural University, Beijing 100193, China）、Yanyan Ren（Institute of Crop Research, Academy of Agricultural Sciences of Xinjiang Uyghur Autonomous Region, Urumqi 830091, China）、Lianzheng Liu（Institute of Crop Research, Academy of Agricultural Sciences of Xinjiang Uyghur Autonomous Region, Urumqi 830091, China）、Junmei Cao（Institute of Crop Research, Academy of Agricultural Sciences of Xinjiang Uyghur Autonomous Region, Urumqi 830091, China）、Na Liu（Institute of Crop Research, Academy of Agricultural Sciences of Xinjiang Uyghur Autonomous Region, Urumqi 830091, China）、Halidan Yikeremu（Institute of Crop Research, Academy of Agricultural Sciences of Xinjiang Uyghur Autonomous Region, Urumqi 830091, China）、Na Sun（Yili Prefecture Institute of Agricultural Science, Yining 835000, China）、Yanming Shang（Tacheng Prefecture Agricultural Science Research Institute, Tacheng 834700, China）、Qiannan Huang（Yili Prefecture Institute of Agricultural Science, Yining 835000, China）、Li Wu（Tacheng Prefecture Agricultural Science Research Institute, Tacheng 834700, China）、Mingshan You（Key Laboratory of Crop Heterosis and Utilization (MOE) and Beijing Key Laboratory of Crop Genetic Improvement, China Agricultural University, Beijing 100193, China）、Xinzhong Zhang（Institute of Crop Research, Academy of Agricultural Sciences of Xinjiang Uyghur Autonomous Region, Urumqi 830091, China）

※本記事は原著論文をもとに、日本語で要約・説明を加えた研究紹介です。 出典（原著論文）：Anding Zhou, Yanyan Ren, Lianzheng Liu, et al. Integrative Transcriptomic and Proteomic Analyses of Quality Differences in Wheat Cultivars Grown in Two Ecological Regions. Agronomy（出版社：Multidisciplinary Digital Publishing Institute） 2026-11-09. DOI: 10.3390/agronomy16212251. 原著ライセンス：CC BY.