生物の健康と生存は、信頼できる正確なDNA（Deoxyribonucleic Acid）複製と秩序ある細胞分裂に依存しています。 これらのプロセスが非常に信頼できるものでなければ、生存は疑わしい。 しかし、時折、間違いが起こる。 どのような間違いが起こり、何が原因で起こり、どのような結果になるのでしょうか。

まず、ほとんどのDNAは何もしていないことを知ることが重要です。 DNAは “コーディング “と “ノンコーディング “に分類されます。 コーディングDNAは、生命に必要なプロセスを実行するために必要な酵素やタンパク質の生成をコードしています。 非コード化DNAは、意味をなさないランダムな文字が並んでいるようなものです。 このように豊富な非コード化DNAの目的はよく分かっていないが、人間の各細胞にある6.5フィートのDNAのうち、コード化DNAはわずか1インチほどである。 非コード化部分の間違いは明白な結果をもたらさないので、なぜこれほど多く存在するのか、その理由の一つは、コード化DNAを保護するバッファとして機能しているのではないか、という説である。 以前、ミシガン州立大学エクステンションの記事「突然変異体にも価値がある」で、DNAの変化には有用なものがあることを紹介した。 この記事では、それらがどのように発生するかについて説明し、よく見られる植物の突然変異の例を挙げます。

突然変異は、DNA自体または複製/細胞分裂のプロセスで発生する変化によるものである。 DNA分子内の変化は、DNAのごく一部で起こるが、”コードの意味 “を変えるため、重大な影響を及ぼす可能性があることから、「点変異」と呼ばれる。 点突然変異は、宇宙線、化学物質、ウイルスなどによるダメージが原因となることがある。 また、熱や寒さ、厳しい剪定、複製エラーなどのストレスによって、DNA配列が変化し、意味をなさなくなることもあります。 多くの生物学的システムは、最終生成物を生成する前に中間生成物を必要とする経路型システムである。 酵素はこれらの中間生成物を制御しており、いずれかのステップが中断されると、最終生成物が生成されなくなる。

点突然変異は植物内の多くのシステムに影響を与える。 最も視覚的にわかりやすいのは、色や形である。 写真1は、自然界に存在するさまざまな色の変異を示したものである。 花や果実、葉の一部分、あるいは枝全体が変化している。 どの組織に影響が及ぶかにもよるが、その変化は種子を通じて次世代に受け継がれる可能性がある。 また、接ぎ木や挿し木によって増殖させることもできる。 突然変異の中には不安定なものもあり、その結果、元の状態に戻る部分ができてしまうこともある（写真2）。 生物の細胞は、どこにいてもすべて同じ遺伝情報を持っている。 同じ遺伝情報を持っていても、根を張る細胞もあれば、花を咲かせる細胞もある。 このプロセスを制御しているものは、まだ十分に解明されていない。 しかし、異なる機能への再プログラム化を余儀なくされた細胞は、そのプロセスを誤りやすいことが分かっている。 これは、植物が芽を殺すような気温に見舞われたときに起こります。 正常な植物の芽がダメージを受けると、植物は不定芽を形成し、新しい芽に成長する。 ほとんどの細胞は正常にリプログラムされるが、一部の細胞は変化を表すことがある。 ほとんどの変化は気づかれず、有益でもない。しかし、色や生育習慣の変化がある可能性があり、私たちは容易にそれを発見し、魅力的で有益だと感じる。 植物の構造は1つの細胞から始まる。 その1つの細胞が分裂して2つになり、その2つが分裂して4つになり、さらに4つが分裂して8つになり、構造が完成するまでそれが繰り返されるのである。 そのため、視覚的な変異が非常に幾何学的に見えることがあるのです。 写真1のハイビスカスは、白とピンクが半分ずつになっているが、これは2細胞の段階で色が変化したことを示している。 赤と黄が半々のリンゴの実もそうだ。

この記事の準備をするために、私は地元のスーパーマーケットに見学に行きました。 予想通り、突然変異を発見しました。 何を探せばいいのかが分かれば、簡単に見つけることができます。 写真3は、私が見つけたものです。 変化の大きさから、写真3BとCの左のオレンジ色の果実は4細胞期、右の果実は16細胞期に変化が起こったようだ。 このような視覚的な変化は、頻繁に起こるものではないので、観察すると驚きますが、プロセスを理解すれば珍しいことではありません

果実の色の変異は最もわかりやすいものです。 色の発色は、初期と最終製品の間にいくつかの中間段階を持つ経路的なプロセスである。 したがって、色の変化はかなり頻繁に起こり、特に色の少ないものに変わることが多い。 しかし、多くの赤リンゴは、リンゴの生産者が色の濃い実をつけた一本の枝を見つけることで、元の色から改良されている。

もう一つのよくあるタイプの突然変異は、染色体の追加や削除、あるいは染色体全体を追加することです。 これらは、細胞分裂の過程で起こる間違いから生じるものです。 正常な細胞分裂では、染色体は一列に並び、重複した後、引き離され、2つの細胞に等しく分配されます。 しかし、時々、染色体が “遅れ “て取り残され、片方の細胞には多く、もう片方の細胞には少ないという不平等な分配が生じます。 このような細胞は、半分が必要な情報を持たず、数が不均等であるため、複製がうまくいかないことが多いのです。 その結果、元の細胞は染色体全体を余分に持つことになります。 このような変化は、必要な情報-ちょうど2倍-を持ち、染色体の数も等しいので、非常に安定しており、さらなる細胞分裂を規則正しく行うことができます。 このように変化した細胞は多倍体（ポリ＝多数、プロイディ＝染色体）と呼ばれます。 この変化はすべての細胞で起こりうるが、有性生殖を担う細胞で起こると、通常の2倍の染色体を持つ卵細胞や花粉粒を形成し、その結果できた卵や花粉は「未還元配偶子」と呼ばれる。

未還元花粉粒が同じ種の未還元卵細胞と結合すると、まったく新しい植物種に発展する可能性を持っているのだ。 この過程で、よく知られた食用植物がいくつか誕生している。 ブルーベリーやイチゴは、2倍体（染色体が通常2セット）、4倍体（4セット）、6倍体（6セット）、8倍体（8セット）からなる倍数体の一種である。 市販のイチゴは8倍体、市販のブルーベリーは4倍体か6倍体である。 テトラ、ヘキサ、オクトプロイドはいずれも、二倍体の祖先が還元されない配偶子産生の段階と組み合わせを経て、その起源をたどると考えられている。 このほか、小麦（4倍体または6倍体）、オート麦（6倍体）、キウイフルーツ（6倍体）などが多倍体植物である。 実際、すべての植物の30～80％は倍数体です。

ここで述べたレベルはすべて、2、4、6、8などの偶数であることにお気づきでしょうか。 奇数である1、3、5などはありません。 それは奇数だと、細胞分裂の際に染色体が不均等に分配されるという問題に戻ってしまうからです。 しかし、どんな規則にも例外があり、ジャガイモには2、3、4、5セットの染色体を持つ仲間がいるが、その場合、ジャガイモは有性生殖だけに頼らず、無性の種駒で増殖することができる。 他の植物種でも奇数セットは存在するか、あるいは作ることができ、染色体の不均等な分布が種なしスイカやバナナのように種なしになるケースが多いので、食用作物として利用しているのである。 植物は成長しますが、子孫を残すことはできず、不稔で種子の痕跡しかありません。

突然変異は動物のシステム内でも起こります。 しかし、動物のシステムはより複雑であるため、その生存はそれほど確実ではなく、変化もそれほど劇的ではない。 魚や両生類には多倍体もあるが、多倍体の哺乳類はまれで、出生まで生存するのはさらにまれである

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