茎頂組織を狙って植物体を直接ゲノム編集する技術

要約

コムギの種子茎頂組織にパーティクルガンを使ってCRISPR/Cas9遺伝子を導入すると、生殖系列細胞にゲノム編集が起こり、後代に遺伝する変異個体が得られる。この手法は、培養不要のため、幅広い作物品種に適用可能である。

  • キーワード:コムギ、ゲノム編集、in planta、パーティクルボンバードメント
  • 担当:生物機能利用研究部門・遺伝子利用基盤研究領域・組換え作物技術開発ユニット
  • 代表連絡先:電話029-838-8361
  • 分類:研究成果情報

背景・ねらい

近年脚光を浴びるゲノム編集技術は、植物分野においても将来の作物育種技術として期待されている。これまでの作物ゲノム編集では、カルスなどの培養細胞にゲノム編集酵素遺伝子を導入後、個体を再分化させる必要があるため、培養特性が優れた品種にその適用が限られ、農業形質の優れた商業品種への適用は必ずしも容易ではない。特に、コムギ、ダイズ、トウモロコシ等の主要作物では、品種に依存しない遺伝子導入技術の開発が強く望まれている。そこで、本研究では、茎頂組織をターゲットとしたin planta particle bombardment(iPB)法をゲノム編集に適用し、培養不要なゲノム編集技術を開発する。

成果の内容・特徴

  • 標準的なiPB法によるプロトコールに従い、1日吸水後の種子胚から茎頂露出を実体顕微鏡下で行い、胚盤より分離した露出胚は寒天プレート上に40～50個体を直径1cm程度の円周上に並べる。
  • 0.6μm金粒子表面にCRISPR/Cas9遺伝子を吸着させ、パーティクルガンはBioRad PDS-1000/Heを、印加圧1350psiで用いる。
  • 金粒子は一部茎頂のL2細胞層に到達し、ゲノム編集されたL2細胞から生殖細胞が生じると考えられる。これにより、次世代に遺伝するゲノム編集個体を得ることができる(図1)。
  • 射撃後、生育させた植物の第5葉からDNAを抽出し、CAPS解析を行い、変異体を1次選抜し、更にT1世代に遺伝した変異系統を選抜する。
  • 収量性に関与するTaGASR7遺伝子に対して本法を用いると、処理した210個の胚から、3つの変異系統が得られ、このうち2系統はABD各ゲノム遺伝子に変異を有する(図2)。
  • 得られた変異体のゲノム中にCRISPR/Cas9遺伝子が検出されないことから、一過的発現によりゲノム編集が行われたと考えられる。

成果の活用面・留意点

  • 本技術は培養系を必要としないことから品種による制約を受けない、農業形質の優れた品種へのゲノム編集が可能となる。
  • 本技術の商業利用に関しては、(株)カネカとの交渉が必要である。

具体的データ

図1. iPB法による in planta ゲノム編集の原理,図2. TaGASR7遺伝子にiPB法を用いて in planta ゲノム編集を行った結果

その他

  • 予算区分:その他外部資金(SIP、資金提供型共同研究)
  • 研究期間:2015～2018年度
  • 研究担当者:今井亮三、Yuelin Liu、濱田晴康(カネカ)、柳楽洋三(カネカ)、三木隆二(カネカ)、田岡直明(カネカ)
  • 発表論文等:
    • Hamada H. et al. (2018) Sci. Rep. 8:14422
    • 濱田ら(2018)化学と生物、56:288-293
    • 濱田ら「植物のゲノム編集方法」特開2017-205104(2017年11月24日)