〈ポイント〉

農研機構生物機能利用研究部門は株式会社カネカと共同で、コムギを使って、植物個体に遺伝子を直接導入する技術を開発しました。
本手法は細胞培養や再分化が不要であり、これまでは遺伝子導入が難しかった様々なコムギ実用品種に適用可能です。
今後本手法を用いて、ゲノム編集等によるコムギの品種改良が加速すると期待されます。

〈概要〉

地球規模の環境変動が続くなか、作物にはこれまでにない環境ストレス耐性が求められます。
ゲノム編集など新たな技術を駆使して、従来育種では達成できないような形質を付与する必要性がますます高まっています。
しかし、作物への遺伝子導入は依然として難しく、コムギ、オオムギ、ダイズ、トウモロコシなどでは、
ある特定の品種にしか遺伝子導入ができず、国産の主要品種には不可能な場合がほとんどです。
例えばコムギでは実験品種の「Fielder」という海外品種には遺伝子導入が可能ですが、
「ゆめちから」「春よ恋」といった国産の主要な実用品種への導入は非常に困難です。
そこで本研究では、コムギを用いて「どんな品種にも遺伝子導入できる技術」の開発を目指しました。
開発された手法は、実用品種への導入でネックとなっていた細胞培養や再分化のプロセスが不要で、
「春よ恋」にも「Fielder」と同程度の効率で遺伝子導入が可能です。今後、本手法を用いて、
ゲノム編集等によるコムギの品種改良が加速すると期待されます。
また、この手法は、ダイズ、トウモロコシなどコムギ以外の作物にも適用可能と考えられます。
本成果は、英国の科学雑誌「サイエンティフィックレポーツ」に9月13日に掲載されました。

〈開発の社会的背景と経緯〉

植物に遺伝子を導入(染色体にDNAを導入)する技術としては、これまでアグロバクテリウム法1)や、パーティクルボンバードメント法2)が知られています。
いずれの方法もカルス3)と呼ばれる培養細胞を用いており、そこから葉や根を持った植物個体を再生4)させることが不可欠です。
しかし、培養や個体の再生といった過程は、多くの植物種で大変困難です。
特に優良形質を持った多くの作物の実用品種では、培養や個体再生の効率が極めて低いため、これまで遺伝子導入が困難でした。
そこで、農研機構と(株)カネカでは、培養細胞を使わずに植物個体に直接遺伝子(DNA)を導入する技術の開発を進めました。
植物の芽の先端(茎頂5))の生長点には、 L2(エルツー)層と呼ばれる未分化細胞層があり、その細胞層から生殖細胞が生まれると考えられています。
そこで、L2層の細胞に遺伝子を導入することにより、生殖細胞を通じて、次世代で遺伝子が導入したコムギ個体を得ることを目指しました。

〈研究の内容・意義〉

植物個体に遺伝子を直接導入する技術を開発し、iPB(アイピービー、in planta Particle Bombardment)法と命名しました。
iPB法では、種子胚茎頂に着目し、顕微鏡下、微細針を使って露出させた茎頂組織に、
金粒子にコートしたDNAをパーティクルボンバードメント法により撃ち込み、L2層の細胞に遺伝子(DNA)を導入します。
その結果、遺伝子が導入された花粉細胞や卵細胞などの生殖細胞が得られ、これらが受精することで、
次世代で遺伝子が導入されたコムギ個体が得られます

〈今後の予定・期待〉

今回開発されたiPB法はゲノム編集にも応用可能であり、現在、CRISPR-Cas96)によるコムギ実用品種のゲノム編集に取り組んでいます。
またiPB法は、トウモロコシ、ダイズ等他の作物にも応用可能と考えられ、これらの作物の実用品種への遺伝子導入やゲノム編集への利用が期待されます。

農研機構
http://www.naro.affrc.go.jp/publicity_report/press/laboratory/nias/078186.html#hyo1

続く）