アブラナ目の仲間たち：DNAが明かす新事実
食卓でおなじみのキャベツやブロッコリー、鮮やかな黄色の菜の花畑、ピリッと辛いワサビ、香り豊かなストックなど、これらはすべて私たちにとって身近なアブラナ目（Brassicales）の植物です。アブラナ目の植物は、世界中に約3,700種存在しています。この植物群は、野菜としてだけでなく、油料作物、観賞用植物、薬用植物など、様々な形で私たちの日常生活に深く関わっています。近年の分子生物学的研究により、この植物群の系統関係や進化の過程が新たに明らかになってきました。ここでは、DNAが明かすアブラナ目の新たな系譜について、最新の知見を交えながら探索してみます。
アブラナ目の概要と重要性
アブラナ目は、被子植物の中でも特に重要な分類群の一つです。この目に属する植物は、以下のような特徴を持っています：
- 多様な生活形：草本、低木、樹木など
- 特徴的な花の構造：十字型の花弁を持つものが多い
- グルコシノレートの存在：独特の辛味や香りの源
アブラナ目の植物は、私たちの生活に様々な形で関わっています：
- 食用植物：キャベツ、ブロッコリー、カリフラワー、大根、ワサビなど
- 油料作物：ナタネ（キャノーラ）
- 観賞用植物：ストック、アリッサムなど
- 薬用植物：ワサビ（抗菌作用）、セイヨウワサビ（ホースラディッシュ、鎮痛作用）など
分子系統学がもたらした分類の変革
従来のアブラナ目の分類は、主に形態学的特徴に基づいて行われてきました。しかし、DNA解析技術の発展により、植物の系統関係をより正確に把握できるようになりました。これにより、アブラナ目の分類は大きく変更されることとなりました。[ 1 ]
主な変更点：
- アブラナ目の範囲の拡大：従来は別の目に分類されていた科が統合された
- 科レベルでの再編成：一部の科が統合または分割された
- 属レベルでの再配置：DNA解析結果に基づいて、一部の属が別の科に移動した[ 2 ]
特筆すべき変更の一つは、パパイヤ科（Caricaceae）のアブラナ目への統合です。これにより、熱帯の果樹であるパパイヤがアブラナ目の一員となりました。この統合は、アブラナ目の多様性と進化的歴史に新たな視点をもたらしました。
その他にも、以下のような科がアブラナ目に含まれるようになりました：
- Akaniaceae（アカニア科）
- Bataceae（ハマアカザ科）
- Koeberliniaceae（コエベルリニア科）
- Limnanthaceae（ミズフウロソウ科）
- Salvadoraceae（サルバドラ科）
- Tropaeolaceae（ノウゼンハレン科）
これらの変更により、アブラナ目は以前よりもはるかに多様な植物群を含むことになりました。
アブラナ目の主要な科と代表的な種
アブラナ目には多くの科が含まれますが、ここでは特に重要ないくつかの科と、その代表的な種について紹介します。
1 アブラナ科（Brassicaceae）
アブラナ科は、アブラナ目の中でも最も重要な科の一つです。約 338 属 3,709 種を含み、世界中に広く分布しています。
代表的な種：
- キャベツ（Brassica oleracea var. capitata）：結球した葉を食用とする重要な野菜
- ブロッコリー（Brassica oleracea var. italica）：花蕾を食用とする栄養価の高い野菜
- カリフラワー（Brassica oleracea var. botrytis）：白い花蕾を食用とする野菜
- 大根（Raphanus sativus）：肥大した根を食用とする野菜
- ワサビ（Eutrema japonicum）：根茎を擦りおろして調味料として使用
- ストック（Matthiola incana）：芳香のある観賞用植物
- アリッサム（Lobularia maritima）：小さな白い花をつける観賞用植物
アブラナ科の植物には、キャベツ、ブロッコリー、カリフラワーなど、私たちが日常的に食べている野菜が多く含まれます。これらの野菜は栄養価が高く、特にブロッコリーには抗酸化作用のあるβ-カロテンやビタミンCが豊富に含まれています[ 3 ]。また、大根やワサビのように、独特の辛味を持つ野菜もアブラナ科の特徴です。この辛味は、グルコシノレートと呼ばれる含硫化合物によるもので、植物の防御機構として機能するとともに、私たちの健康にも良い影響を与えることがわかってきています[ 4 ][ 5 ]。
2 パパイヤ科（Caricaceae）
パパイヤ科は、4属約35種を含む小さな科ですが、経済的に重要な果樹を含んでいます。
代表的な種：
- パパイヤ（Carica papaya）：甘くて栄養価の高い果実を生産する熱帯果樹
パパイヤは、その果実が食用として広く利用されるだけでなく、果実に含まれるパパインという酵素が肉を軟化させる効果があることから、食品加工や伝統医療にも利用されています[ 6 ]。
3 ノウゼンハレン科（Tropaeolaceae）
ノウゼンハレン科は、1属約95種を含む小さな科ですが、観賞用植物として人気のある種を含んでいます。
代表的な種：
- キンレンカ（Tropaeolum majus）：鮮やかな花を咲かせる観賞用植物で、花や葉は食用にもなる
キンレンカは、その美しい花と独特の葉の形状から、庭園や花壇で広く栽培されています。また、花や葉にはビタミンCが豊富に含まれており、サラダの材料としても利用されます[ 7 ]。
アブラナ目の進化と多様化
アブラナ目の植物は、約9000万年前に出現したと推定されています。その後、様々な環境に適応しながら進化し、現在の多様性を獲得しました。アブラナ目の進化と多様化において、特に重要な役割を果たしたと考えられているのが、グルコシノレートの獲得です[ 8 ][ 9 ]。
グルコシノレートは、以下のような点でアブラナ目の進化に寄与したと考えられています[ 10 ]：
- 防御機構：害虫や病原体に対する防御機構として機能し、生存率を高めた
- 生態学的相互作用：特定の昆虫との共進化を促進した
- 新たな生態的地位の開拓：グルコシノレートを利用できる環境での生育を可能にした
アブラナ目の多様化は、以下のような要因によって促進されたと考えられています：
- 地理的隔離：大陸の分裂や山脈の形成による集団の隔離
- 気候変動：氷河期と間氷期の繰り返しによる環境の変化
- 送粉者との共進化：花の構造や色、香りの多様化
- 人為的選抜：栽培化や育種による新たな品種の創出
- アブラナ目の園芸種
アブラナ科の園芸種
アブラナ目には、多くの重要な園芸種が含まれています。これらの園芸種は、その美しさや実用性から広く栽培されています。以下に、代表的な園芸種とその特徴を紹介します。
1 アブラナ科の園芸種
- ストック（Matthiola incana）
- 特徴：芳香のある花を咲かせる一年草または多年草
- 用途：切り花、花壇植栽
- 栽培のポイント：涼しい気候を好み、日当たりの良い場所で育てる
- アリッサム（Lobularia maritima）
- 特徴：小さな白い花を密集して咲かせる一年草または多年草
- 用途：グランドカバー、花壇の縁取り
- 栽培のポイント：日当たりの良い場所で育て、適度に刈り込むと長く開花を楽しめる
- イベリス（Iberis sempervirens）
- 特徴：常緑の低木で、白い花を咲かせる
- 用途：ロックガーデン、花壇の縁取り
- 栽培のポイント：排水の良い土壌を好み、日当たりの良い場所で育てる
2 ノウゼンハレン科の園芸種
- キンレンカ（Tropaeolum majus）
- 特徴：鮮やかな色の花を咲かせる一年草
- 用途：花壇、ハンギングバスケット、グランドカバー
- 栽培のポイント：日当たりの良い場所で育て、乾燥に強いが、適度な水やりが必要
- カナリーキンレンカ（Tropaeolum peregrinum）
- 特徴：黄色い花を咲かせるつる性の一年草
- 用途：フェンスやトレリスを這わせる
- 栽培のポイント：日当たりの良い場所で育て、支柱を立てて誘引する
これらの園芸種は、その美しさや育てやすさから、家庭園芸や公共の緑地でよく利用されています。また、一部の種は食用や薬用としても利用されており、多目的な植物として重宝されています。
アブラナ目研究の最前線と将来展望
アブラナ目の研究は、基礎科学から応用科学まで幅広い分野で進められています。以下に、現在注目されている研究テーマと将来の展望について紹介します。
1 ゲノム研究
アブラナ目の主要な種のゲノム解読が進んでおり、これにより以下のような研究が可能になっています：
- 有用遺伝子の同定と機能解析[ 11 ]
- 種間の比較ゲノム解析による進化過程の解明
- ゲノム編集技術を用いた新品種の開発[ 12 ]
今後は、より多くの種のゲノム情報が蓄積されることで、アブラナ目全体の進化や多様化のプロセスがより詳細に解明されると期待されています。
2 環境適応メカニズムの解明
アブラナ目の植物は、様々な環境に適応して生育しています。これらの適応メカニズムの解明は、以下のような応用につながる可能性があります：
- 耐乾性や耐塩性を持つ作物の開発
- 気候変動に適応した新品種の創出
- 環境浄化に利用できる植物の開発
3 二次代謝産物の研究
グルコシノレートをはじめとする二次代謝産物の研究は、以下のような分野で重要性を増しています：
- 機能性食品の開発
- 新規医薬品の開発
- 農業における病害虫防除
今後は、これらの二次代謝産物の生合成経路の解明や、代謝工学による有用物質の生産性向上などが期待されています。
4 持続可能な農業への貢献
アブラナ目の研究は、持続可能な農業の実現にも貢献する可能性があります：
- 低投入型の栽培技術の開発
- 生物多様性に配慮した害虫管理システムの構築
- 気候変動に適応した作物の開発
まとめ
DNAが明かすアブラナ目の新たな系譜は、この植物群の驚くべき多様性と進化の歴史を私たちに示してくれます。分子系統学的研究により、アブラナ目の分類は大きく変更され、その範囲は従来考えられていたよりもはるかに広いことが明らかになりました。
アブラナ目の植物は、食用、観賞用、薬用など、様々な形で私たちの生活に深く関わっています。その多様性と適応能力は、今後の環境変化や食糧問題に対応する上で重要な資源となる可能性があります。
最新のゲノム研究や二次代謝産物の研究は、アブラナ目植物のさらなる利用可能性を示唆しています。これらの研究成果は、新たな品種の開発や持続可能な農業システムの構築など、様々な分野での応用が期待されています。
アブラナ目の研究は、基礎科学の発展だけでなく、私たちの日常生活や地球規模の課題解決にも貢献する可能性を秘めています。今後も、この魅力的な植物群の研究が進展し、新たな発見や技術革新がもたらされることが期待されます。
[ 1 ]: Angiosperm Phylogeny Website
[ 2 ]: Phylogeny of Capparaceae and Brassicaceae based on chloroplast sequence data.
[ 3 ]: https://fdc.nal.usda.gov/
[ 4 ]: 野菜の機能性研究の現状と今後の研究課題
[ 5 ]: Cruciferous vegetables and cancer prevention
[ 6 ]: Effects of Papain and a Microbial Enzyme on Meat Proteins and Beef Tenderness
[ 7 ]: エディブル・フラワー
[ 8 ]: Brassicales
[ 9 ]: Glucosinolate structures in evolution
[ 10 ]: Role of glucosinolates in insect-plant relationships and multitrophic interactions
[ 11 ]: Early allopolyploid evolution in the post-Neolithic Brassica napus oilseed genome
[ 12 ]: CRISPR/Cas9-Targeted Mutagenesis of BnaFAE1 Genes Confers Low-Erucic Acid in Brassica napus