甘草は、さまざまな漢方薬の原料として最も広範に用いられているマメ科の生薬です。甘草には、抗炎症作用や痛みや咳を沈める効果をはじめ、多数の薬効があります。また、根に含まれる主要成分のグリチルリチン は、医薬品、化粧品、天然甘味料の原料として世界的に需要が高まっています。甘草のゲノムを解読できれば、ゲノム情報に基づいた効率的な育種を進めたり、グリチルリチンをはじめとした薬効成分の生合成に関わる有用遺伝子を効率よく探索したりできるようになります。

今回、共同研究グループは甘草の中で最も上質とされる「ウラル甘草」の全ゲノム解読を行いました。得られたゲノム情報を解析し、34,445個のタンパク質をコードする遺伝子を見出しました。また、甘草のゲノム情報と、他のマメ科植物のゲノム情報およびゲノム全域との比較解析などを行った結果、薬効成分の一つであるイソフラボノイド の生合成に関わる遺伝子群の一部が遺伝子クラスタ を形成していることを発見しました。さらに、グリチルリチンを含む有用化合物群の生合成に関わる酵素遺伝子が含まれる遺伝子ファミリー（P450ファミリー、UGTファミリー）を、甘草のゲノム情報から網羅的に探索し、それらの遺伝子構造と遺伝子発現を明らかにしました。

本成果は、甘草の分子育種による国内栽培化、生産性の向上、生薬としての機能改変のほか、薬効成分の生産に必要な有用遺伝子の探索に資すると期待できます。

本研究の一部は、科学研究費補助金（基盤研究A）「甘草を中心とする重要マメ科薬用資源植物の統合ゲノム研究」の支援により行われました。

成果は、英国の科学雑誌「The Plant Journal」に掲載されるのに先立ち、オンライン版（10月24日付け）に掲載されました。

「甘草（カンゾウ）」はマメ科の生薬で、その地下部（肥大根および地下茎）は甘草根とも呼ばれ、医薬品、化粧品などの原料として大きな需要があります。甘草は日本で広く用いられている200種を超える一般用漢方処方薬の約70％に配合されており、漢方の中で最も汎用性の高い生薬です。特に、甘草に蓄積されるトリテルペン配糖体 の一種であるグリチルリチンは、肝機能改善や抗炎症作用、去痰（きょたん）、消化性潰瘍の治癒など、さまざまな薬効があるだけでなく、砂糖の150倍以上の甘さがあるため、天然甘味料としても多くの食品に使われています。グリチルリチンは非糖質系甘味料のため、カロリーが低く、メタボリック症候群の予防にも役立つとして注目されています。

現在、国内の医師の9割が漢方を治療に用いており、その利用量は毎年増加傾向にあります。しかし、甘草をはじめ漢方に用いる生薬の85％は中国からの輸入に依存しており、中国の経済成長などに伴い輸出制限や価格の高騰が続いています。また、国内だけでなく世界的にも需要が高まる中、特に甘草や麻黄（まおう）などの汎用生薬の供給不安が懸念されています。

そこで、有効成分含量が高く国内栽培に適した甘草の育種や有用成分の生産に関わる遺伝子探索を効率よく進めるため、全ゲノムを解読しゲノム情報を得ることが期待されていました。

共同研究グループは、武田薬品工業株式会社の京都薬用植物園が保存している、グリチルリチン含量の高い「ウラル甘草」の全ゲノム解読を行いました （図） 。

図　ウラル甘草
マメ科の多年草で、初夏から夏に淡紫色の花をつける。学名はGlycyrrhiza uralensis。 写真提供：高上馬希重氏（北海道医療大学）

医療用やグリチルリチン製造に用いられる甘草には、今回の研究に用いたウラル甘草（東北甘草）の他にスペイン甘草（西北甘草）、新疆（しんきょう）草などがありますが、ウラル甘草が最もグリチルリチン含量が高く上質とされています。

このウラル甘草の単一系統（308–19系統）を材料として、タイプの異なる高速シークエンサー を組み合わせて用いて、ゲノムのDNA配列を解読しました。解読したDNA配列を高速計算機で解析し、冗長性をなくして（解読したデータにおける重複する部分をなくす）、推定されているゲノムサイズの94.5％に相当する379 メガベース（Mb、1Mbは100万ベース）のゲノム情報を構築しました。

次に、構築したゲノム情報について、甘草の網羅的な発現遺伝子情報や、他の植物の遺伝子情報を用いて遺伝子予測を行った結果、34,445個のタンパク質をコードする遺伝子を見出しました。

続いて、ウラル甘草のゲノム情報と、すでに全ゲノムが解読されているマメ科植物のタルウマゴヤシ やヒヨコマメ のゲノム情報およびゲノム全域を比較解析しました。その結果、薬効成分の一つであるイソフラボノイドの生合成に特異的に関わる3個の酵素遺伝子がクラスタ（集合体）を形成していることが分かりました。その遺伝子クラスタは、これらのマメ科植物のゲノムの約100kb～200kbにわたって、遺伝子の並びがよく保存されている領域中に形成されていました。

さらに、グリチルリチンを含む有用化合物群の一つであるトリテルペン配糖体の生合成に関わる酸化酵素であるP450ファミリーと配糖化酵素 であるUGTファミリーをコードする遺伝子群を甘草のゲノム情報から網羅的に探索し、それらの遺伝子構造と遺伝子発現を明らかにしました。また、ウラル甘草のゲノムの少なくとも8カ所でP450ファミリーとUGTファミリーをコードする遺伝子が隣り合って存在していることを見出しました。

本研究で得られたウラル甘草のゲノム情報によって、網羅的な遺伝子発現解析や系統間のゲノムDNAの違いを調べる際の参照（リファレンス）ゲノム情報を提供できます。その結果、分子育種（分子レベルの技術を用いた育種法）による甘草の国内栽培化、生産性の向上、生薬としての機能改変のほか、薬効成分の生産に必要な有用遺伝子探索が加速すると期待できます。

また、ゲノム情報に基づいて、生物活性化合物の生合成や代謝に関わる酵素遺伝子がライブラリ化されれば、植物由来の希少化合物や非天然化合物を人為的に合成する合成生物学の基盤技術の開発につながると期待できます。

＜タイトル＞
Draft genome assembly andannotation of Glycyrrhiza uralensis, a medicinal legume
＜著者名＞
Mochida, Keiichi; Sakurai, Tetsuya; Seki, Hikaru; Yoshida, Takuhiro; Takahagi, Kotaro; Sawai, Satoru; Uchiyama, Hiroshi; Muranaka, Toshiya; Saito, Kazuki
＜雑誌＞
The Plant Journal
＜DOI＞
10.1111/tpj.13385