接木技術により、多種多様な植物の遺伝子編集が可能になる可能性がある

ある植物を別の植物に接ぎ木するという古代のトリックは、非常に現代的な用途に応用できる可能性があります。つまり、他の方法では編集が非常に困難または不可能な植物の遺伝子編集が可能になるのです。

「まだ初期段階ですが、この技術には大きな可能性があります」とイタリアのピサ大学のウーゴ・ロゴ氏は言う。

植物の生産性と栄養価を高めることは、農業によってもたらされる甚大な被害に対処し、世界の人口が増加し、気候変動が収量にますます打撃を与える中、食料価格の高騰を抑えるために極めて重要です。 CRISPR 遺伝子編集で正確な変更を加えることが、これを達成する最良の方法です。

ただし、動物細胞とは異なり、植物の周囲には硬い細胞壁があるため、植物の遺伝子編集は注意が必要です。従来の植物の遺伝子工学には、バイオリスティックとして知られる DNA を含浸させたペレットを植物細胞に発射する技術や、天然の遺伝子工学微生物を使用する技術が含まれます。 アグロバクテリウム。

これらのアプローチは、改変された細胞から植物全体を生成することに依存しており、多くの植物、特に樹木ではこれを行うことができません。たとえば、ココア、コーヒー、ヒマワリ、キャッサバ、アボカドなどには効果がありません。

たとえそれが機能している工場であっても、別の大きな問題があります。自然界では非常に一般的な種類の小さな突然変異を誘発するために遺伝子編集が使用される場合、いくつかの国の規制当局は、それが標準的な植物育種と同等であるとみなしている。つまり、そのような植物は、従来の遺伝子組み換え植物に必要な長くて高価な試験なしで承認を得ることができることを意味する。しかし、バイオリスティックと アグロバクテリウム、植物のゲノムには余分な DNA が挿入されることが多いため、完全な調節プロセスを経る必要があります。

植物科学者たちは、より多くの種に有効で、ゲノムに不要な DNA ビットを追加しない植物編集の方法を見つけようとしています。 1 つのオプションは、ウイルスを使用して CRISPR ツールキットの一部をコードする RNA を植物細胞に送達することです。ここでの問題は、遺伝子編集に広く使用されている Cas9 タンパク質が非常に大きいため、これをコードする RNA がほとんどのウイルスに適合できないことです。

2023年、ドイツのマックス・プランク分子植物生理学研究所のフリードリヒ・クラグラー氏は、別のアプローチを発表した。彼は、植物の根が植物の周囲を移動して新芽や葉の細胞に侵入できる特殊なタイプの RNA を生成することを知っていました。

そこで彼のチームは、編集を行う Cas タンパク質と編集を行う場所を指示するガイド RNA という 2 つの重要な CRISPR コンポーネントをコードする RNA を生成するように植物を遺伝子操作しました。次に、非改変植物の苗条を改変植物の根に接ぎ木し、これにより一部の苗条と種子が遺伝子編集されることを示した。

ロゴ氏と彼の同僚は、このアプローチは非常に有望であると考えており、このアプローチを強調し、他の人がその開発に協力するよう奨励する論文を執筆しました。 「接ぎ木により、木やヒマワリなどの植物で CRISPR システムを使用できる可能性が得られます」とロゴ氏は言います。

接ぎ木で重要なことは、比較的遠い関係にある植物でも互いに接ぎ木できることです。たとえば、トマトの芽をジャガイモの台木に接ぎ木することができます。したがって、ヒマワリの台木を遺伝子編集用に遺伝子操作することは不可能でも、関連する植物を操作して互換性のある台木を作ることは可能であるはずだ。

必要な RNA を生成する台木があれば、それを使用してさまざまな植物を遺伝子編集できます。 「根を利用して、Cas9 と編集ガイドをあらゆる種類のエリート品種に提供できます」とケンブリッジ大学のジュリアン ヒバード氏は言います。

「トランスジェニック台木を作るのは、大した労力ではありません。一度作れば、その後は永久に複数の種に使用できるのです」と、やはりマックス・プランク研究所に所属しているが、クラグラー氏のチームの一員ではないラルフ・ボック氏は言う。

一例として、シャルドネなどの少数のブドウ品種のみが単一細胞から再生できるため、改変が可能です。しかし、例えば耐病性を与えるシャルドネ遺伝子編集台木が一度作られれば、それはすべてのブドウ品種やそれ以外の品種でも機能するだろう。

ロゴ氏はまた、移植とウイルスのアプローチを組み合わせることも構想している。根茎は Cas9 の大きな mRNA を送達するために使用できますが、ウイルスはガイド RNA を提供します。このようにして、同じ台木を使ってさまざまな遺伝子編集を行うことができると彼は言う。