同研究チームは、マツ材線虫病の病原体であるマツノザイセンチュウとその近縁線虫種であるB. okinawaensisの性決定機構の解明に取り組んだ。マツ材線虫病は世界四大樹木病害の一つとして知られるほど深刻な病気。日本国内では古くからマツ枯れや松くい虫病として知られている。その病原体であるマツノザイセンチュウにはメスとオスの2性が存在するが、雌雄比は1：1ではなく通常メスが多く生まれる。また、B. okinawaensisには雌雄同体とオスの2性が存在し、通常99%以上が雌雄同体で、ごくまれにオスが生まれる。雌雄同体とオスの交尾により生まれる子孫も同様に99％が雌雄同体であるため、性染色体性決定ではない別の仕組みにより性が決まることが疑われた。

まず、同研究チームは両線虫種において、メス（雌雄同体）とオスの染色体構造を観察し、染色体構造に雌雄差がないことを確認。次に、染色体観察ではわからないゲノム上の小さな違いがあるかを確認するためにゲノム配列情報を雌雄別に取得したが、雌雄間で違いは確認されなかった。

図1

これらの実験により、性染色体の存在は否定されたため、その後、環境性決定やその他既知の性決定機構に合致するかを詳細に調べた。しかし、線虫はさまざまな環境下でも常にほぼ一定の雌雄比を示し、その仕組みは既知の性決定機構のいずれとも違うことが明らかになった（図1）。

図2

B. okinawaensisは、雌雄同体単独で遺伝的にほぼ同一な子孫を残せるにもかかわらず、均一培養条件下においても、低い一定の確率でオスが生まれ、このオスとメスのゲノム情報には違いがない。これら数多くの状況証拠から、今回調べた線虫種のうち少なくともB. okinawaensisは、発生ノイズを主因としてランダムに性が決まると結論付けた（図2）。

同研究では、B. okinawaenesisにおける遺伝学解析により、初めて植物寄生性線虫を含むグループにおける性決定遺伝子の同定に成功。モデル生物である線虫Caenorhabditis elegansの性決定カスケードと比較すると、B. okinawaensisではtra-1を含む一部の下流遺伝子のみが保存されており、改めて線虫内における性決定機構の多様化が明らかになった（図3）。

同研究でランダム性決定が明らかになったB. okinawaensisは、近年新たなモデル線虫種として確立されつつある。今後は、同線虫種を用いて性決定の引き金となるノイズが生じる原因の解明が期待される。また、今回確認されたような遺伝情報の変化を伴わない表現型のばらつきは、急激な環境変動に対して迅速に対応できる利点があることが示唆されている。B. okinawaensisの生態を深く理解することで、ランダム性決定の生態的意義を明らかにすることが期待される。

同研究では、B. okinawaensisの遺伝学解析基盤を整備し、性決定に関与する遺伝子の同定にも成功。これまで、植物寄生性線虫グループにおいて性決定の分子機構は全く明らかになっていなかったため、同研究で得られた知見は今後、植物寄生性線虫の性決定機構の解明に利用できる。

同研究チームは、今回得られた知見を基にして、植物寄生性線虫の性を人為的に操作し、寄生線虫病を制御することを目指している。

この研究成果は、科学雑誌『Nature Communications』に掲載された。