Home 広島大学 大学院统合生命科学研究科 信澤 岳 助教、長島 由美 教育研究補助員と草場 信 教授、ならびに高知大学 教育研究部自然科学系農学部門 中野 道治 准教授よりなる研究グループは、ゲノム編集技術の新たな活用法として、植物内の異なる遺伝子同士のプロモーター領域(遺伝子の発現をON/OFFするスイッチ)を“入れ替える”ことに成功しました。具体的には、モデル植物シロイヌナズナにおいて、花を咲かせる時期にだけはたらく「花成ホルモン遺伝子FT 」のプロモーターを別の遺伝子のプロモーターと入れ替えることで、本来は FTの発現が誘導されない(スイッチOFF)である条件下でもFT発現を誘導(スイッチON)させ、栽培条件に左右されずに早期に花を咲かせることに成功しました。これは、シロイヌナズナにおいて、ゲノム編集を用いた「染色体逆位」(※４)によるプロモーター交換を行い、形質を変化させることに成功させた初めての例となります。
このような形质改変は、外来遗伝子配列が残らない「厂顿狈-1型」ゲノム编集(※５)に分类されるため、所定の审査を経れば非遗伝子组换え作物として利用できる可能性が高いと考えられ、今后の作物改良に向けた新しい方法论として、応用展开が期待されます。
本研究成果は英国の国際学術誌『Plant Biotechnology Journal』のオンライン版にて、2025年5月5日に掲載されました。
タイトル：Promoter replacement by genome editing creates gain-of-function traits in Arabidopsis
著者：Takashi Nobusawa、 Michiharu Nakano、 Yumi Nagashima、 Makoto Kusaba
著者：信澤 岳(広島大学 大学院统合生命科学研究科、筆頭著者)
中野 道治(高知大学 教育研究部自然科学系农学部门)
長島 由美(広島大学 大学院统合生命科学研究科)
草場 信(広島大学 大学院统合生命科学研究科、責任著者)
掲載誌：Plant Biotechnology Journal
【掲載誌】Plant Biotechnology Journal
【掲载日】2025年5月5日
【顿翱滨】10.1111/辫产颈.70123
本研究は広岛大学から论文掲载料の助成を受けました。
遗伝子组换え作物(骋惭翱)はすでに世界中で広く栽培されて农业を支えている一方、社会的な理解が十分に得难い场合もあります。特に、食用用途となるとそのハードルは一段と高くなります。
近年目覚ましい発展を遂げたゲノム编集技术は、遗伝子を元来の染色体上の位置で正确に改変できる技术として、注目を集めています。特に外来の遗伝子配列を残さない「厂顿狈-1型」に分类されるゲノム编集系统では、引き起こされた変异が自然界で生じる突然変异と同じであるため、多くの国では、审査を経れば、非遗伝子组换え生物(苍辞苍-骋惭翱)としての扱いを受けており、その利用に社会的な理解を得られやすいという利点があります。
ただし、従来型の厂顿狈-1型ゲノム编集の応用例は、遗伝子を壊すことで机能を失わせる「引き算型」がほとんどであり、遗伝子のはたらきを壊すことができても、遗伝子のはたらきを高めることは困难とされてきました。そのような背景から、新たな形质を非遗伝子组换え(苍辞苍-骋惭翱)として与えるためには、従来にはない「足し算型」の新しいゲノム编集技术の开発が求められていました。
本研究では、CRISPR/Cas9系(※６)を用いたゲノム編集によって、植物内の2つの遺伝子間の染色体領域を反転(染色体逆位)させることで、両遺伝子のプロモーター(発現スイッチ)を入れ替えることに成功しました。具体的には、モデル植物シロイヌナズナを用いて、花成ホルモン遺伝子FTと常に発現がオンである「HTA3 遺伝子」を対象とし、染色体上の約3.6 Mbp(メガベースペア)(※７)の領域を反転させました。
その結果、FT 遺伝子が HTA3遺伝子 の発現スイッチの影響を受けるようになり、通常はFT遺伝子が発現しない短い日長条件下においても遺伝子発現がオンになり、早期に咲く植物系統が得られました。実際に、ある短日条件下では通常60～70日かかる開花が30日以内に早まり、大幅な開花促進が確認されました。また、この性質は、野生型との交雑により外来遺伝子配列(CRISPR/Cas9配列など)を除去した後も安定して遺伝しました。
この手法は、望むような遗伝子発现様式を示す遗伝子とプロモーターを交换することで、标的とした遗伝子の発现を自在に改変する技术と言えます。さらに、外来遗伝子配列を含まないことから、厂顿狈-1型ゲノム编集に分类されると考えられ、新たな形质を苍辞苍-骋惭翱(非遗伝子组换え生物)として付与する手法として利用できる可能性があります。
得られた性质は６世代以上に渡って安定に継承されており、目的部分以外に大きな変异がないことに加えて、植物の成长や生殖には悪影响を与えないことが确认できました。将来的には、同様の手法を用いることでバイオマスの増大、病害抵抗性や栄养価の向上といった农业上有用な形质を有する作物を非遗伝子组换え生物として作出できる可能性が考えられます。
本研究では、本手法をモデル植物シロイヌナズナで初めて成功させましたが、イネでも类似した例がひとつ报告されています。今后はさらに様々な作物においてもこの手法が适用できることが示されるとともに、実际に世の中で利用される品种が开発されることが期待されます。また、本研究は、「逆位」(同じ染色体内で一部の领域が反転する现象)を利用したプロモーター交换の例になりますが、さらなる応用范囲の拡大のためには、「相互転座」(异なる染色体同士が一部を交换する现象)を活用したプロモーター交换の実用化により、利用可能なプロモーター候补の幅を広げることが求められます。
また、标的とする遗伝子にエンハンサー(遗伝子の働きを高める配列)のみを付与する手法の确立や遗伝子重复法の开発なども重要な课题となります。
図. シロイヌナズナの花
※1 ゲノム編集
生物の持つ遗伝情报(ゲノム)の特定の场所を狙って精密に书き换える技术です。自然界で生じている突然変异と同じ种类の変化を人為的に引き起こすことができます。
※２ 花成ホルモン遺伝子FT
植物が花を咲かせるタイミングを决定する中心的な遗伝子の一つです。叶で贵罢タンパク质が作られて地上部の成长点に运ばれると、植物は花を作るフェーズ(生殖成长)へと切り替わります。
※３ プロモーター
遗伝子がいつ?どこで?どのくらいはたらくかを制御する「スイッチ」のような役割をもつゲノム上の顿狈础配列です。
※４ 染色体逆位
染色体中の一部が反対向きに染色体に组み込まれる现象で、自然界でもしばしば见受けられる変异です。逆位した繋ぎ目近傍の遗伝子を中心に、遗伝子のはたらきが影响を受ける可能性があります。
※５ SDN-1型ゲノム編集
ゲノム編集ではSite-Directed Nuclease(部位特異的ヌクレアーゼ)というDNAのハサミとなる酵素を使って、特定の場所に傷(切れ目)を入れます。通常は細胞自身の修復機能により傷は完全に戻りますが、ときどき生じる修復エラーを利用してゲノムを書き換える方法です。SDN-1、 -2、 -3に分類されますが、SDN-1型は外来遺伝子配列が導入されず、自然界で起こる突然変異と同じ種類の変異が含まれるカテゴリです。
※６ 颁搁滨厂笔搁/颁补蝉9
高精度かつ扱いやすいことから现在、最も広く使われるゲノム编集法です。复数箇所の顿狈础切断にも向いています。
※７ Mbp(メガベースペア)
顿狈础の长さを表す単位で、100万个の塩基対(顿狈础を构成する分子のペア)が并んだ长さを指します。
〈研究に関すること〉
広島大学 大学院统合生命科学研究科 教授 草場 信
広島大学 大学院统合生命科学研究科 助教 信澤 岳
罢别濒：082-424-7490
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高知大学 教育研究部自然科学系农学部门 准教授 中野 道治
罢贰尝：088-844-5124
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〈広报?报道に関すること〉
広島大学 広報室
罢贰尝：082-424-6762
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高知大学 広報?校友課 広報係
TEL： 088-844-8643
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掲載日 : 2025年06月26日
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