プレスリリース
(研究成果) ゲノム編集で長持ちメロン誕生

高日持ち性メロンの開発に向けて、共同研究グループは、果実の追熟を促進する植物ホルモンであるエチレンの合成を止めることが鍵であると考えました。エチレンは、アミノ酸の一種であるメチオニンから3段階の反応を経て生成されますが、その最後の反応には、ACC酸化酵素(ACO)と呼ばれる酵素が働くことが知られています。メロンは5個のACO遺伝子(CmACO1～CmACO5)を持っており、その中で果実の追熟に関わる主要な遺伝子はCmACO1であることが分かっていました。そこで、CmACO1遺伝子を不活化することで、果実でのエチレンの生成を抑制できると考えました(図4)。

農研機構は、株式会社カネカと共同で確立した高効率なゲノム編集技術「in planta Particle Bombardment(iPB)法」を保有しています。そこで、この技術を用いてCmACO1遺伝子を不活化することにしました。

iPB法によるCmACO1遺伝子の不活化

高級マスクメロンの標準品種「アールスフェボリット春系3号」の発芽した種子から茎頂(芽の先端)を露出させた後、パーティクルガン³⁾を用いて、タンパク質とRNAからなるゲノム編集酵素CRISPR/Cas9⁴⁾を導入しました(図5①)。茎頂の細胞では、導入された酵素の働きでCmACO1遺伝子に変異が生じます。その後、CRISPR/Cas9を撃ち込んだ芽から育てた植物の葉からDNAを抽出し、PCR法によってCmACO1遺伝子が不活化される変異を検出し、その個体を選抜しました(図5② 一次選抜)。期待する変異が検出された植物についてはさらに生育を進め、人工授粉を経て種子を取得しました(図5③)。種子から育てた次世代植物を解析し、親と同じ変異を持つ個体の選抜を行いました(図5④ 二次選抜)。最終的に変異系統を3系統獲得しました(図5⑤)。

本研究では、iPB法を用いたゲノム編集により、高日持ち性で食べ頃を調整できるメロンを高効率かつ迅速に作出することに成功しました。本研究で作出した高日持ち性メロンは、生産者にとっては収穫のタイミングを柔軟に決められる、流通業者にとっては収穫後の鮮度保持や輸送に関わるコストを削減できる、消費者にとっては限られた旬の時期にしか味わえなかった果物をより長い期間楽しめる等のメリットがあり、国産メロンの市場拡大に向けた大きな一歩といえます。開発したゲノム編集メロン系統は、ゲノム編集作物として関係省庁への届出や品種登録を行い、3年後を目処に商業化を目指します。

メロン、特にマスクメロンは従来の細胞培養を介したゲノム編集は難しいとされてきましたが、今回用いたiPB法では植物の茎頂をゲノム編集するため、細胞培養の過程を必要とせず、培養により誘発されるDNAの変異や品種ごとの培養への適応性の差といった問題も回避できます。タンパク質とRNAから構成されるゲノム編集酵素を直接細胞に導入することにより遺伝子組換えの過程を経ないため、外来DNAを取り除く必要がありません(図6)。メロンで成功したiPB法は、他のウリ科作物(スイカ、キュウリ、カボチャなど)にも適用できることが期待されます。