外来DNAを導入せずにプライムエディティング技術を利用した除草剤耐性スイカの開発
背景
雑草防除は園芸作物の生産において、最も労力を要し費用がかかる作業の一つです。蔓性植物であるスイカ（Citrullus lanatus）は、機械的な除草による管理が特に困難です。手作業での除草への依存は、農家に大きな労働負担を課しています。グリホサートなどの非選択性除草剤の散布は雑草を効果的に防除できますが、耐性を持たないスイカも枯死させ、大きな損失につながるという重大な制限があります。
この課題に対処するため、遺伝子組換え技術を用いた除草剤耐性品種の開発研究が行われてきました。しかし、外来遺伝子の導入を伴うトランスジェニック手法は、遺伝子組換え生物（GMO）に関する懸念から、規制上のハードルや消費者からの抵抗に直面してきました。近年では、CRISPR/Cas9遺伝子編集システムの応用である塩基編集（BE）技術を用いてアセト乳酸合成酵素（ALS）遺伝子を修復する試みがなされて実際の育種に利用できる個体の選抜が困難でした。
主な発見
北京市農林科学院の共同研究チームは、次世代の遺伝子編集技術であるプライムエディティング（PE）を適用することで画期的な成果を上げました。研究チームは、スイカのEPSPS遺伝子を正確に標的とするPEシステムを開発し、正しく編集された細胞を視覚的に識別するための可視マーカーの導入に成功しました。この可視マーカーが目印となり、複雑なスクリーニングプロセスを必要とせず、修復が成功した植物を迅速にスクリーニングすることが可能になります。
実験を通じて得られたスイカ系統は非組換え品種として開発されており、残留外来DNAを一切含んでいません。特筆すべきことに、ヘテロ接合型変異体スイカは、実際の農業現場で使用される標準的な除草剤散布量に曝露されても、正常な成長を示しました。生育不良や発育遅延などの成長への悪影響は観察されませんでした。研究チームは、編集されたスイカが在来品種と同等の活力を示すことを実証し、育種家が直ちに利用できる理想的な親系統であることを示しました。
意義と展望
本研究は、外来DNAを導入することなく除草剤耐性スイカの作製に成功したという点で非常に価値があります。これは、厳格なGMO規制の承認プロセスを回避または短縮する上で大きなアドバンテージになると期待されます。作物のゲノムに対する微細な編集により、自然突然変異と区別がつかない特性がもたらされるためです。
さらに、可視マーカーと組み合わせたPEプラットフォームは、他のウリ科作物や遺伝的に複雑な園芸作物を改良するための有用なテンプレートとして機能します。しかし、この技術をさらに向上させるためには解決すべき課題がまだ残されています。ヘテロ接合型変異体が世代を超えて除草剤耐性形質を安定して遺伝させるかどうかを確認することが不可欠です。さらに、商業化の前には、完全な遺伝的固定を持つホモ接合系統の確立と、さまざまな気候条件下での圃場試験が必要です。
Editing the watermelon EPSPS gene using a prime editing platform with visible markers created a non-transgenic glyphosate-resistant line. These robust heterozygous mutants tolerate field-level herbicide doses without growth penalties, serving as ideal parental lines for crop breeding.
本研究は、種子産業や実際の農業慣行を劇的に変える可能性のある具体的なシナリオを提示しています。農家はグリホサートを1回散布するだけでスイカ畑の雑草を防除できるようになり、労働時間とコストを70%近く削減できます。これは、高齢化と労働力不足に悩む農村地域に実用的な解決策を提供します。
種苗会社も新種品種のリリースを加速させることができます。外来遺伝子を持たない作物は、複雑な遺伝子組換え安全性評価プロセスを大幅に削減できるため、新種品種の商業化までの時間を短縮できます。育種家は、新しく開発された除草剤耐性スイカと優れた品種を素早く交配させ、優れた食味、形状、耐病性を持つF1種子のラインナップを強化することができます。
この記事は、NCBIのPubMedデータベースに掲載された研究成果に基づいています。