Bul1
.
RIAR
,
Ishlkawa
Agr
.
Col1
.
6
:1
−
8
(1999
)ミ
ニ レビュー
日
本
に お
け
る
穀
類
形
質転換
に
関す
る
最近
の
研
究
島
田多 喜 ∫
・
(
石 川 県 農 業 短 期 大学 植 物 細 胞 育 種研 究 室 )
最
近の10
年
の間
に 重要
な穀 類
の形 質 転 換 植 物 体
の育 成
に成 功 し
た。現 在
の とこ ろ、
植 物
の形 質転 換
には組 織
培
養技
術 が 必 須で あ るn こ こで は、
穀 類
、
特
に イネ
におけ
る組 織 培 養 技 術
と、
形 質 転 換 技 術
の発 展
に対 す
る 目本
の研 究 者
の貢献
と
、
最
近の研
究の進 展
につ い て概 観
す る=日
本
ではイ ネ
が最 も重 要
な穀
物
であ り
、
その研 究
の歴史
は長 く
、
蓄 積
も大
きい。 イネ
の組 織 培 養 も
目本
の研 究 者 が 取 り組
み、
カ ル スか
らの再 分 化
の系
が確
立 し た。
その後
、
プロ トプラ ス トか らの植 物 体
の再
牛、
プロ トプラ ストを用
い た形 質 転 換 イ ネ
の作 出
、
そ して アグロ バ クテ リ ウム を使
っ た形 質 転 換 系
の確
立 と着
実
な進 展
は、
日本
の研 究 者
に よるも
の であ
る.
現在
、
種
々 の環 境
ス トレス に耐 性
を持
っ た イ ネ、
病 害 虫
に抵 抗 性
の イネ
、
飛 躍 的 な収 量
増 と なる イネ
、
新
た な 機 能 を持
っ た イ ネ等
を 目指
して多 く
の研 究
グルー
プ が形 質 転 換
イ ネの育 成
と解 析
に取 り組
ん でい る (表
1
)
。
ま た、
実 用 化の た めの試
験 と して、
ウイル ス抵 抗
性
、
お よ び低
ア レ ルゲン の形
質
転 換
イネ
が環境
に たい す る安
全性
の テス トを終 了
してい る〔
表
2
)
。イ ネに比べ る と
、
他
の穀 類
の こ の分
野の 凵本
に お け る研 究
は少
ない。 し か し、
コ ム ギの カル ス誘 導
、
カ ル スか らのtt
分 化 系
の確 立
は、
我
々が世 界
に先
駆 け て成
功 し た。 さ ら に、1995
年
には、
パー
テ ィ ク ル ガン を用
い て形 質 転 換
コ ムギ
を作 出 し
た。
オ
オムギ につ い ても
、
日本
の研 究
者
の レベ ル は高
い 、 ト ウモ ロ コ シ で は、
アグロ バ クテリ
ウムを使
っ て形 質 転 換
に成 功
し てい る。
実 用
的
な遺
伝 子 組 換
え穀 物
を育 成 す
るには、
形 質 転 換 系
の確
立 と共
に、
農
業
上有
用 な遺伝
子
の単 離
が鍵
であ
る。
日本
で は、
イ ネ ゲ ノ ムの解 明
に大 きな
エネ
ルギ
ー
が 注 が
れ、
近
い将 来
に は多
くの有
用
な遺
伝 子
が単 離
さ れ ると期
待
さ れ る。 そ れ らの遺 伝
f
’
は、
他
の植 物
と多 く
の共 通点
をも
つ に 違い ない た め、
他
の穀 類
の遺 伝 子 組 換 え
にも
利
用でき
る だろう
。キ
ー
ワー
ド穀
類、
形 質 転 換、
遺伝
f
組 換
え作 物
、
凵本
、
イネ
1
.
は じ め に
最 近
の10
年
の閭
に、
イ ネ
、
トウモ ロ コ シ、
オ オムギ、
コ ムギ という重 要 な穀 類
の形 質 転 換 植 物 体
の育 成
に成功
し た。す
で に、
遺 伝 子 組 換 え さ
れ た除 草 剤 耐 性
や害
虫 抵
抗
性
の トウ モ ロ コ シな どが 冂本
に輸
入 さ れ 何 ら かの形で我
々は食
べ てい る という状 況
であ
る。
現 在の とこ ろ
、
植 物
の形 質 転 換
には組 織 培 養 技 術
が 必 須 で あ る。
植 物 組織 培 養
に関
する研 究
は欧 米
で始 ま
っ た の であ
る が、
その発 展
に日本
の研 究 者
の寄 与 す
る ところ が大 き
い。
特
に イ ネの組 織 培 養
につ いて は、
目本
の研 究
が世 界 を
リー
ド し てき
た。 イ ネの カル ス誘 導
か ら植 物 体
の再
生 は、
山
円の グ ルー
プ
が確
立 し1・
2〕、
イ ネの組 織 培
養
の基礎
を 切り開
いた。ま
た、
イ ネ葯 培 養
に よ る半 数
体
植 物
の作
出 は、
Niizeki
andOono
:1iに よっ て世 界
で初
め て成 功 し
ている。
これ は、
中 国 で直
ち に実 用 技 術
と して用
い ら れ、
多 く
の品 種 が 育 成
さ れた
。
現在
で は、
育
種
期 間の 短 縮 技 術 と して 日本
の イ ネ育 種
の現 場
で広 く使 わ
れ てい る。
単 子 葉 植 物
であ
るイ ネ
か らのプ
ロ ト ブ ラス ト培 養
は困
難
であ
っ た が、
1985
年
に懸 濁 培 養 細 胞
か ら単
離
し た イ ネ プロ トプラ スか らの植 物 体
の再 生
に成 功
し、
細
胞
融合
や遺 伝 子 操 作
へ の道
を拓
い た4 /・
。
そ し て、
遺 伝 子
を導
入 し た イ ネ プロ トプラ ス トから の形 質
転換
イ ネの 作 出 も、
日本
の グルー
プ が世 界
に先 駆 け
て成 功
した 5)。
さ ら に、
そ れ まで単 ∫
葉 植 物
で は困 難
と さ れてき
たア グロバ ク テ リ ウム に よる遺 伝 子 導
入を
イネ
で 可能
に し たJT
〔
亅apanTobacco
lnc
.
)
の研 究 グ
ルー
プ
の貢 献
は大 き
い61i。
日
本
で は イネ
が最
も 重要
な穀 物
であ り
、
そ
の研 究
の歴
史 も古 く
、
植
物
生 理学
、
遺
伝 学
お よ び育 種 学
E
の多 く
の蓄 積
があ
る。
その基 礎
の上 で イ ネバ イ オテ クノロ ジー
が
発 展
してい る。一
方
、
コ ムギは欧 米
で重
要 な穀
類で ある が、
コ ムギの遺 伝 学 的
な研 究
は木原 均 [
専
.
Fr
以 後
H
本
の研究 者
の貢 献
が大 き
い。 コ ム ギ組 織 培 養
の研 究 も
、
小 規模
な が ら欧 米
の研 究 者
に伍
して行
わ れてき
た。
こ こ で は、
日本
の研究 者
に よ る穀 類
、
主
に イネ
の形 質 転 換 畊 究へ の寄
与
お よ び日本
にお ける最 近
の形 質 転 換
に関 する研 究の動 向
につ い て簡
単 に 紹 介 す る。2
Bulletin
ofRIAR.
lshlkawii
Agri
じu 且tura
且Co
且lege
No
.
6
(1999
)2 .
イネ
(
Oryza
sativa)
1
:
1 カル ス誘
導
と
肉:分f
ヒ
イ
ネ
の組 織 培 養
の研 究
は、
1960
年 代 始
め に 日本
で始
ま
’
/)た、
、
Furuhashi
andYatazawa
l:1964
)
71 は 初 めて イ ネ 節 か らの カ ル ス誘 導
に成
功 した。
しか し、
カ ル ス の生 長 は遅 く、
また、
細 胞
増殖
には イー
ス ト抽
出物
が 必 要であった
。
完 全
な合 成
培
地に よ る カ ル ス誘
導
とカ ル ス増γ1
{は、
MS
(
Murashige
andSkoog
)培 地
に2,
4
−D
(2
,
4
−dichloro
−
pheltoxyacetic
acid )を加 え た 培 地
でイ ネ
の根 か
ら得 ら
れた
そ
の後
、
Nishi
et at,
“968
:
)2 は、
そ れ ら
の カ ル スを
2
,
4
−
D
を含 まな
い培 地
に樹 直し
て植 物 体
を 門/牛.
さ
せ る こ とに成 功 し
た。
現
在
で は、
再分 化 能
の高
い カ ル ス は完 熟 種
J
’
・
の胚 盤 組
織
か ら誘 導
する の が一
般 的
であ
る、
,
ま た、
再 分 化 培
地 も.
改 良
さ れ、
不定 芽
あるい は不 定 胚
の誘 導
には、
比較 的 高
い浸 透
圧.
が有 効
であ
る こと が知
ら れてい るF’
/
.
そ して、
こ の再 分 化 能
の高
い カ ル スを用
い て、
プロ ト プラ ス トの培 養
やパー
テ ィク ルガンやアグロ バ ク テ リウムを使
っ たイ
9
・
の形 質 転 換 が 安 定 し
て行
わ れ る よ うに なっ た,、2
)
プロ トプラ ス トか らの植 物 体
の再 分 化
イ
ネ
フ ロ トプラ ス ト培
.
養
の成功
までは、
細 胞
融合
や遺
伝
1
’
導
入 は双 子 葉 植 物
に限
ら れてい た。 イネ
ブロ ト プラ ス トか ら植 物
の再
生 は、
Fujimura
et at.
ll985
)
1.
が 初 めて 成功
し た。
再
分 化01.
能 な 懸 濁 培.
養 細 胞 系の 確 立 がプロ ト プラス トか らの植 物 体 再
生 に 必須
で あ るこ と を示
した。
そ の後
、
Torivama
et al,
〔
⊥986
)
9’
やYamada
et al.
(
⊥986
)
10 ) も数 品 種
の ロイ
建稲
で プロ トプ ラス トか らの植 物 体
の再
牛、
に成功
し たttKye7
,
uka et al.
q987
)
111 は ナー・
ス指 養 な
ど を用
いて プロ トプ ラス ト.
培
養
の効 率 を高
め、
安 定
し た技 伽
と した。
3
:
: プロ トプ ラス ト を 用い た イネ
の形 質 転 換
Uchjmivaet
at.
q98611
t21 は、
イ ネ懸
濁 封}養 細 胞
か ら単
、
離
1
した プロ トプ
ラ ス ト1にPEG
(
polyethy
】encglycol
)によっ てプ
ラ ス ミ ドを導
入 した。
そ
れ ら をカ ナマ イシン培
地で選抜
し、
形 質 転 換 イネ
カ ル スを得
た。導 入 遺 伝 子
は サ ザ ン分 析
で確 認 し
た。そ
の後
、
To1
・
iyama
et at.
(
1988
:
) 51は、
カナマ イシ ン抵 抗 性
の遺 伝 子
を組
み 込 ん だ細 胞
か ら形
質
転 換
.
イネ
を再
生 さ せ る こ と に 成功
し た。ShiJnamotc
}et ai.
(1989
)
Ll・
1 は、
コ.
.
レク トロ ボ レー
一
ショ ン法
に よっ て イネ
プ ロ ト プラ ス トに ハ イ グロ マ イシ ン抵 抗 性 遺 伝 子
とGUS
IIβ
一
glucuronidasel
遺 伝 子
を導 入
し、
両 遇 伝 子
を発
現
す
る形 質 転 換
イ ネ を得
てい る。
イ ネで は、
プロ トプラ ス トに直
接 遺伝 子
を導
入 す ること
に よっ て形 質 転 換 体 を
得 るこ とが安
定 した技
術 となっ た。
4
)
ア グロ バ ク テ リウム を用 いた イ ネの形質
転 換イ ネではプロ トプ ラス ト に
遺 伝
子 を導
入す
る こ とに よ る 形質
転換 法
が確 立
さ れ た が、
プロ トプラ ス1
培
.
養
が困
難
な品 種
が あ り、
品種 間差 異
が大
きい こと、
再 分 化 植 物
体
に 不稔
が多
く正常
な植 物 体
が得
ら れ に くい こ と、
プロ トプ
ラス ト培
養
が熟 練 を
要 す る技
術であ るこ と等
の 欠点
があ
っ た。
そ れを あ
る程 度 解 決
し たのが、
パー
テ ィクル ガ ン法 で あ る。
我々 も 完 熟 種 子 を 使っ て バ…
テ ィ クル ガ ンによっ て 効率
的 に簡
単 に 形質
転 換 イ ネ を 得 ている1.
。
単
r
葉
植物
は ア グ冂 バ ク テ リウ ムに感
染 し難
く、
従
っ て アグロ バ クテ リ ウ ムを 介
した遺 伝 ∫
導
入は困 薄であると
考
.
え
ら れ てき
た が、
イネ
で ア グロ バ ク テ リ ウムを使
っ て遺 伝 子 導
人は試
み ら れ てき
た.
し か し、
再
現性
のあ
る安 定 し
た形 質
.
転 換 体
は得 られ
ていな
かった
,JT
の グ ルー
プ は、
’
‘
super
−binary”
vec
τor
をも
つ ア グロ バ ク テ リウ ムを使
っ て非 常
に高
い効 率
で形 質 転 換
に成
.
功
し た軌
,
JT
の グ ルー
プ がア グロ バ ク テ リ ウム法
に成 功
して、
現 在
で は イ ネの形 質 転 換
はア グロ バ ク テ リ ウム法
が 主 流 と なっ て き た。直 接 導
人法
では導
入遺 伝 子
の断 片
.
、
あ る いは阡
配列
した断
1−「
「.
、
t.
、
植 物
ゲノ ムへ の導
入 形 態 が複 雑
であ
る がbl、
ア グロ バ クテ リ ウム を介
しての遺 伝 ゴ導
入 は、
目 的
の遺 伝 ∫
・
断 片
の み を少
ない数
で組
み込
み易 く
、
明 確
な形 質
.
転 換
.
体
を得
る効 率
.
が宵
い%
ま た、
特 別
な装
置
が不
.
要
で、
双 子 葉 植 物
で蓄 積
し て き たアグロ バ ク テ リ ウム を介
す る技 術
が使 え
る という
有
利
な点
が多
い、
,
5
)
シ リコ ン カー
バ イ ト ウィス カー
(
SCW
)
によ る形 質
転 換SCW
は微 細
な 針状
のも
の で、
プ ラス ミ ドと細 胞
と共
にミッ ク スす
る ことに よっ て、
細 胞
に傷
をつけ 遺 伝 ∫
・
を細 胞 内
に導
入す
る と考
え ら れる、
,
これ を用
いて トウ モロ コ シ で形 質 転 換 体 が 得 ら
れてい るが
、
我
々 は、
バ…
テ イ クル ガ ン法
でも使
っ てい る 元熟 胚
の胚 盤 組 織
を用
い て イネ
の形 質 中
尉 奐
に成 功
し たlb’ 。遺 伝 子 導 入
の機 崙
が不 要
で、
複 雑 な 組 織 培 養 技 術
の操 作 も必 要
なく
、
最
も簡 単
.
な形 面
転 換 法
であ り
、
今 後 発 展 途
上国
な どで有 効
な方法
と な る かも知
れ ない。
6
)
どの よ う な 遺伝 了
・
を導
入 し た 形質
転 換 イ ネ が 作 ら れ てい る か現 在
の ところ、
どの よう
な 目 的で どの よう
な遺
伝
∫
・
を
イ ネ に導
人 し てい る か、.
主
に 日本 育 種 学 会
関連
の文 献
か ら リス トアップ
し たも
のを
表
1
に示 す
。
環 境
ス トレ ス耐
性関
連遺
伝
∫
・
、
病 害 虫 抵 抗 性
関連 遺 伝 子
、
品 質 改 変 関 連
遺 伝
子、
光 合 成
関連 遺 伝 ∫
・
が 導
入さ れ
、
新 し
いイ ネ
を目
指
してい る。一
部
は、
す
で に琿
.
境
へ の安
全性 確 認
が終 了
さ れてい る が 〔表
2
〕、
大 部
分 は、
ま だ 研 究 中 であ り
、
実 用 化には さ らに数 年 を要 す
る段 階
であ
る、
、
イ ネ
に実 用 的 な形 質
.
に関 連 す
る遺 仏 子
.
が導
入 さ れ たの は199
.
0
年
.
初 頭
で、
イ ネ縞 葉 怙 病
ウイル ス の外
皮 タン パ ク 遺伝 子
を導
入 し た 形質
転換
イネ
が育 成
さ れ た17’。
これ ら の 遺 伝 子 絹.
換え
イネ
の一
部は罪境
に対 す
る安
全性
が確
認 さ れ、一
般 圃 場.
で栽 培
.
され てい るG
(2
)。
また、
Bacil
−
tus
thttringgiensis の エ ン ド トキシン合 成 遺 伝 子 を導
入 し島
田 :H
本
にお ける穀類 形 質転 換
に関
する最
近の研 究
3
て耐 虫 性
の作 物
が育 成
され ているが、
イネ
にも導
人 さ れ たISI’ 。他
の作 物
と 同様
、
除 草 剤
に枯
れ ない イネ も育 成
さ れてい る が、
単
一
の除草 剤
では なく複 数
の除 草 剤
を解 毒
す る作 用
が期 待
で き る遺 伝 了
・
が試
み ら れて いる19以
後
、
食 味
の向
上のた め イネ
W
醐 ,遺 伝 子
をア ンチセ ン ス に導
入 し て、
粘
りの多
い コメ を目指
し た形 質 転 換
イ ネ や鋤、
イネ貯
蔵
タン パ ク質
グ リ テ リン遺 伝 子
をア ンチ センス に導
人 し て タン パ ク含
量 を
低
め、
醸 造
用原 料 米
を 目指
し た形 質転 換 体
が育 成
さ れ ている2% 主
要 なコ メアレ ル ゲン であ
る16kD
ア ル ブ ミン に対
.
するアン チセ ン ス遺伝 子
を導
入 し、
低
ア レ ル ゲ ンイネ
が一
般 圃 場
で実
用化
の試 験
が行
わ れて い る〔
表
2
)
22・
23’ 。最 近
で は、
遣 伝 子
工学 的
に グ リシン ベ タ イン を増 加 さ
せる こ とによっ て耐 塩 性 を増
し た イ ネの育 成
に成 功
して いる。 これ は、
単
に高 塩 分
に耐 性
であ
る ば かり
でなく
、
乾 燥 や 低 温 あ
るい は高 温
に適
応 能 力
が増 加
しており
、
種
々 の環 境
ス トレ ス に耐 性 能 力
表
1
口
本
で育成
さ れ てい る形 質転 換
イネ
の導
入遺 伝
子とその特
性 特 性 導入遺 で云:
了・
形 質 転 換 体の特 性 研 究 グルー
プ 文献 耐 塩性 温度耐性 除草 剤 耐性 ウ イルス リ丙抵}亢・
1
生 抗 菌性 1 :1肘病 性) 耐 虫性 光合成能力のlh
亅上 品 質の改 変betA
〔E
.
coli 由 来 グ リ シンベ タ イン合成酵 素) コ リンオ キシダー
ゼ 遺伝 了.
1 :土 壌 細 菌 由 来 グ リ シン ベ タ イン合 成 酵 素 )t
・
14D
::ω
.
3Fat
[y
aciddesaLurase
gene
、
18
:2
か ら
18
3
へ 変換 する酵 素、
FAD
3
,
FAD
7
〕ATJ
(
Glycerol
−
3
−
phosphate
acyltransferase 不 飽 和 脂 肪酸 含量 を増加 する) コ ムギ 由 来カタ ラー
ゼ遺 伝了・
P450
monooXygcnase 遺 伝 子 〔チ トクロー
ムP45
〔} 哺 乳 動 物で酸 化 的 解 毒 作 用 薬 物 代 謝、
分 解 ) 縞:
菓枯ウイル ス外 皮タ ン パ ク質 遺 伝子Radjsin
合成酵 素遺 伝 子 (カ イワ レダ イコ ン種 子から単 離し た糸 状 菌、
細 菌 に 対 して 強い牛 育 阻 害 活 性 を 示 す タン パ ク質 }Thionin
合 成 酵 素 遣 伝 子 〔エ ンバク 由 来 抗菌性 タ ンパ ク質 )BT
(
Baeillus
thuringtensis エ ン ド トキ シン遺伝 子CB
,
JAII
,
VEFI
)〔
Viral
Enhanclng
Fa
じtor〕ト ウモロ コ シ由来
PEPC21
Ur
θchtoapanicoides
か ら 単 離 し たPEPC21
・
イ ネ由来