背景

Nature Biotechnologyに掲載された研究では、ツインプライム編集を用いてイネ、トウモロコシ、コムギの遺伝子機能を停止させ、ノックアウトと他の精密編集を組み合わせた。中核となるのは、終止コドンクラスター（SCC）を挿入するツインプライム編集ベースのノックアウト（TKO）システムだ。研究チームは複数遺伝子の機能を同時に失わせることから始め、精密な配列変更や大きなDNA断片の挿入へと編集範囲を広げた。

ノックアウトは、遺伝子が正常なタンパク質を作れないように機能を停止させる方法だ。しかし、編集後もタンパク質の読み枠が保たれるインフレーム変異が起こると、意図した機能喪失を得にくい場合がある。TKOは、翻訳を終結させる終止コドンをまとめて挿入し、インフレーム変異を最小限に抑えるよう設計された。異なる種類の編集を作物ゲノムに同時に導入しにくいという課題が、研究の出発点となった。

主な発見

細胞壁を取り除いた植物細胞であるプロトプラストでは、TKOによるノックアウト効率はイネで最大70.5%、トウモロコシで最大58.6%、コムギで最大75.1%だった。再生したイネ植物体の96.8%で、遺伝可能なノックアウトアレルが得られた。この割合は当該の再生植物体で得られた結果であり、すべての編集型の効率や、すべての後代への伝達率を示すものではない。

六倍体コムギでは、相同遺伝子3つすべてをノックアウトする性能をCas9と比較した。TKOはこのノックアウトを作出する性能がCas9の4.2倍で、研究者らは主な理由としてインフレーム変異の減少を挙げた。この比較は六倍体コムギにおける特定のノックアウト結果に関するものだ。イネ・トウモロコシのあらゆる編集や、プライム編集全般の性能差に拡大解釈できる根拠はない。

異なるSCC配列を使うTKOエディターは、相互干渉なしに最大10遺伝子を同時にノックアウトできた。ただし、確認できた抄録には、この結果の具体的な実験対象と条件は記載されていない。

TKOと従来のプライム編集を組み合わせたTRIM1は、ノックアウトと精密編集を同時に行うよう構成された。イネでは4遺伝子の同時編集率が22.8%だった。プライムエディターとリコンビナーゼを組み合わせたTRIM2は、キロベース規模の編集に範囲を広げた。プロトプラストでの4.9キロベース（kb）DNA挿入効率は1.2%、遺伝子ノックアウト効率は最大79.8%だった。抄録だけでは、同じ細胞で挿入とノックアウトの両方を達成した割合として、この2つの数値を解釈できない。

意義と展望

本研究は、複数遺伝子の機能喪失と他の種類の精密編集を組み合わせる作物研究ツールを提示した。再生イネで遺伝可能なノックアウトアレルが得られた結果は、細胞レベルの編集を植物体の研究につなげる根拠となる。TRIM2は大きなDNA断片を挿入できる可能性を示したが、報告された挿入効率は1.2%だった。挿入サイズと効率の両方を踏まえて、活用範囲を判断する必要がある。

確認できた資料は書誌情報と抄録に限られる。サンプル数、標的部位ごとの効率、統計解析、オフターゲット結果は確認できなかった。干ばつ耐性、栄養成分、圃場収量の改善も、抄録で報告された成果には含まれていない。編集ツールの性能を農業上の有効性や商業品種の完成度に結びつけるには、さらなる検証が必要だ。

研究結果は、Europe PMCに収載された論文の書誌情報と抄録で確認できる。