農学研究院 山田 哲也 講師（植物遺伝資源学研究室）
研究の背景・目的
ゲノム編集は遺伝子の機能を解析するだけでなく、品種改良法の一つとしても利用されています。しかしながら、現行のゲノム編集は遺伝子組換えによる方法が主流となっており、「ゲノム編集装置」を産生する外来DNAを植物ゲノムへ導入する必要があります。そのため、作出されたゲノム編集個体の多くは外来DNAを持つことになり、遺伝子組換え植物とみなされます。ゲノム編集個体を応用研究に利用するためには、この外来DNAを取り除く必要が出てきます。そこで、私たちはこの「ゲノム編集装置」を直接ダイズの成長点の細胞に導入することで、外来DNAを使用することなくゲノム編集を行えるよう工夫しました。
ゲノム編集の方法
私たちはCRISPR/Cas9システムを利用してダイズのゲノム編集個体を作出しました。具体的には、in planta bombardment-RNP(iPB-RNP)法と呼ばれる方法を用いて、「ゲノム編集装置」となるガイドRNAとCas9タンパク質の複合体をパーティクルガンと呼ばれる高圧銃を用いてダイズの胚軸に存在する成長点の細胞に導入しました(図1)。さらに、この胚軸を養成することでゲノム編集個体を作出しました。この方法は外来DNAを植物に導入しないため、ゲノム編集個体から外来DNAを取り除く手間を省くことが出来ます。さらに、遺伝子組換えを行わないので、従来の組織培養を介した植物体の再生などの過程を経る必要もなく、あらゆるダイズ品種においてゲノム編集が実施できる利点もあります。
実施内容
先に述べたiPB-RNP法を利用して、ダイズの草型を改良することで収量の増産に向けた系統の作出を進めています。特に、草型を決める複数の遺伝子を対象にゲノム編集を行うことで1個体あたりに着く種子の数を増やす研究を進めています(図2)。この目標が達成できると日本国内におけるダイズの自給率向上に貢献できると考えています。
また、品質の改善にも取り組んでいます。ダイズは良質なタンパク質を多く含むため、様々な食品として利用されています。そこで、ダイズの品質をさらに向上することが出来れば、用途拡大に繋がると考えています。現在、タンパク質含量を増やすことが期待できる遺伝子を対象にゲノム編集研究を進めています(図2)。また、ダイズに含まれるタンパク質にはアレルゲンとなるものも少なくありません。そこで、アレルゲンを産生する遺伝子にゲノム編集を行うことでダイズの低アレルゲン化も併せて進めています(図2)。これらの目標が達成できるとダイズの市場拡大に貢献できると考えています。
