植物生物学者は、作物が種子を通じてクローンとして複製されるようにする方法を発見しました。
植物育種家や遺伝学者が長年求めてきたこの発見は、高収量、病害抵抗性、または気候耐性のある作物を増殖させやすくし、世界の農家がそれらを利用できるようにする可能性があります。
1920年代以降、2つの品種を交配して作られたハイブリッド種子による作物栽培が広く行われてきました。これらのハイブリッドは、収量や害虫抵抗性などの分野で優れた特性を持つことがあります。しかし、ハイブリッド作物の種子からは、同じ特性を持つ植物は育ちません。
植物の種子から、その植物と全く同じ複製であるクローンを作り出せる能力は、世界の農業にとって大きな飛躍となるでしょう。毎年高価なハイブリッド種子を購入する代わりに、開発途上国の農家にはしばしば手の届かないこの負担を避け、農家は自らのハイブリッド植物から採取した種子を再び植え, 年々高収量の恩恵を受けることができます。
約400種の野生植物は、受精を経なくても生存可能な種子を作ることができます。無配生殖と呼ばれるこの過程は、植物において何度も進化してきたようですが、商業的に栽培される作物種では見られません。
「これは農業を変えうる、非常に望ましい目標です」と、カリフォルニア大学デービス校の植物生物学・植物科学教授であるVenkatesan Sundaresan氏は述べています。
「ベビーブーム」遺伝子
研究者らは、イネの遺伝子BBM1が発見されたことを明らかにしました。この遺伝子は「ベビーブーム」またはBBMと呼ばれる植物遺伝子のファミリーに属し、精子細胞で発現しますが、卵細胞では発現しません。受精後、BBM1は受精細胞で発現しますが、少なくとも当初は、この発現はゲノムへの父親からの寄与によるものです。
研究者らは、BBM1が受精卵が胚を形成する能力を活性化すると考えています。
研究者らはまず、遺伝子編集を用いて、植物が減数分裂を経ないようにしました。減数分裂とは、親細胞の半分の染色体数を持つ4つの娘細胞を生じる細胞分裂の一種です。その代わりに、卵細胞は体細胞分裂によって形成され、母親から完全な染色体一式を受け継ぎます。
次に、研究者らはこれらの卵細胞にBBM1を発現させました。通常、受精なしではこれは起こりません。
「つまり、胚を形成する能力を持つ二倍体の卵細胞があり、それがクローンの種子へと成長するのです」と、Sundaresan氏は述べています。
現時点では、この過程の効率は約30パーセントですが、研究者らはさらなる研究によって効率を高められると期待しています。この手法は、同等のBBM1遺伝子を持つ他の穀物作物や、その他の作物植物にも適用できるはずだとSundaresan氏は述べています。
基礎生物学と主要な成果
「この研究の素晴らしい点は、受精卵がどのようにして新しい植物へと発達し始めるのかという、植物生物学における基本的な問いに取り組んでいることです」と、この研究を支援した全米科学財団(NSF)のプログラムディレクターであるAnne Sylvester氏は述べています。
「この基本的な理解と新しい無性生殖による育種技術を組み合わせることで、有性生殖によって生じうる有益な形質の喪失を避け、植物農業における画期的な進歩への扉が開かれます。」
この研究は学術誌Natureに掲載されています。
この論文の共同著者には、カリフォルニア大学デービス校、アイオワ州立大学、フランス・ヴェルサイユのINRAの研究者が含まれます。遺伝子編集をグローバルな課題解決に応用することに焦点を当てた、カリフォルニア大学バークレー校とカリフォルニア大学サンフランシスコ校の共同事業であるInnovative Genome Institute と全米科学財団が、この研究に資金を提供しました。
