2022年 8月25日

世界の穀物不足を救う、『三大穀物間Cybrid植物』

東京都立大学

大学院理学研究科 生命科学専攻教授 岡本 龍史

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背景①
世界の食糧 2060：現在の２倍の穀物を生産することは可能か？

1.6～2倍 ←第二の緑の革命

気候変動
持続可能性

×1.4 2060年 96億⼈
2010年 69億⼈
×2.4
1960年 30億⼈

2.7倍 ← 緑の革命2

背景②
緑の革命: 1950〜1960年代における世界の農業生産拡大
・ 多収量穀類の導入（特に矮性小麦、米）・ 化学肥料、農薬などの大量使用
・ 水の供給コントロール（灌漑設備）3

背景③
イネ科作物３種で世界の穀物生産の 94% を占める

従来育種におけるボトルネック
異なる亜科に属することから、3種間の交配・交雑ができず、それらの優秀な農業遺伝資源を相互利用することは不可能であった。

本技術によるブレイクスルー
顕微授精法による交雑不全の克服
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技術的背景①5

技術的背景②6技術的背景③
三大穀物で顕微授精法が可能

交雑受精卵：異種の雌雄配偶子を１：１で融合させる
異質倍数性受精卵：異種の雌雄配偶子を任意の組み合わせ・数で融合させる：
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新技術によるイネｰコムギ間の交雑不全の克服①
A. イネ−コムギ間における交雑不全
核ゲノム

イネ核ゲノム
大部分が脱落

細胞質
ゲノム

イネ細胞質ゲノム

＋

コムギ
精細胞

コムギ核ゲノム

発生停止
イネ卵細胞

n = 7/7

50 µm

配偶子
融合

2細胞胚
（1 日後）(H2B-GFP)

50 µm

核 - 細胞質間の相互作用不全

球状様（9 日後）

B. 細胞質の組み合わせを改変することにより、核－細胞質相互作用の異種間障壁を乗り越えた
核ゲノム

細胞質
ゲノム

イネ核ゲノム
大部分が脱落コムギ細胞質ゲノム

＋

コムギ
精細胞

イネ細胞質ゲノム＋
コムギ核ゲノム
イネ
卵細胞

コムギ
卵細胞

イネ−コムギ異質倍数性
交雑受精卵/胚配偶子融合

イネ-コムギ交雑植物

雑種不全克服8新技術によるイネｰコムギ間の交雑不全の克服②
イネ−コムギ異質倍数性交雑受精卵の作出および発生・再分化
イネ−コムギ交雑植物の創出   

イネ＋コムギコムギ

イネとコムギ双方の細胞質を持ち合わせる雑種植物（Cybrid 植物）であった。

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新技術によるイネｰコムギ間の交雑不全の克服②
イネ−コムギ異質倍数性交雑受精卵の作出および発生・再分化

ミトコンドリア（約100 遺伝⼦）

プラスチド（約150 遺伝⼦）
核（数万 遺伝⼦）

イネ−コムギ交雑植物の創出

ミトコンドリア、プラスチド

イネとコムギ双方の細胞質を持ち合わせる雑種植物（Cybrid 植物）であった。

遺伝様式
・母性遺伝 （交配では雑種は生じない）
多様な機能
・一次代謝、二次代謝・環境変化に対するセンサー
・乾燥、低温、病原菌などの非生物的および生物学的ストレスに対する適応・耐性・光合成機能10新技術によるコムギへの新奇形質の付与
・ 収集している形質データ（於：鳥取大学乾燥地研究センター野外圃場）
農学的形質・葉長・葉幅・稈長
・穂長・穂数・分げつ数・草丈・小穂数・節間長・乾燥重 (根)・乾燥重 (シュート)・出穂日・開花日・種子粒数・種子粒・茎直径
・念実率
・葯サイズ

光合成能力
・クロロフィル量・気孔コンダクタンス (Li-600)
・クロロフィル蛍光(Li-600)
・光合成速度(MIC-100)・ 得られつつある新奇形質・出穂（開花）の遅延および早期化・高温耐性・葉長および葉幅の増大
11従来技術と新技術の比較①
異種体細胞融合法（従来技術）

バイテク情報普及協会 (2017)

・ アブラナ科・ナス科などといった限られた科に属する植物群のみで有効・ 融合した体細胞の分裂率・個体再生率が低い。
・ イネ科を含む多くの有用植物では実用化されていない

異種配偶子融合法（本新技術）

受精卵の高い分裂・発生能を利用することで植物体へと発生・再分化させる

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従来技術と新技術の比較②
異種交配および胚救済（従来技術）

バイテク情報普及協会 (2017)

・ 生殖的隔離による異種交配不全・ 交雑受精卵・胚中における核−細胞質相互作用不全

異種配偶子融合法（本新技術）

生殖的隔離および核−細胞質相互作用不全を克服する

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本技術の優位性（比較表）
本技術

既存技術１

既存技術２

既存技術３

異種体細胞融合法

異種交配構成異種配偶子融合法

遺伝子組換え法

細胞質雑種および核ゲノム雑
種

核ゲノム雑種得られる特性

細胞質雑種および核ゲノム（部分的）外来遺伝子の導入

適用分野

イネ科作物（遠 アブラナ科植物 ・交配可能な近ナス科植物
縁の植物縁および亜科に属するイネ科作物）

形質転換体が作成が可能な植物

その他

遺伝子組換え植物に該当せず

遺伝子組換え植物に該当1

遺伝子組換え植物に該当せず

遺伝子組換え植物に該当せず

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本技術の革新性
世界に先駆けて確立したイネ科亜科間 Cybrid 植物作出技術を用いることで、イネ科作物の細胞質の多様性をつくり出すことが可能となった。これにより、異種オルガネラの多様な機能・形質を利用するという革新的な植物育種に向けた基盤が構築されつつある。
世界の穀物⽣産 2060

コムギ、トウモロコシおよびイネなどのイネ科作物の用途「人類の直接的食糧、家畜飼料、食品材料、バイオエタノール原料など」

4,500 Mt
その他

Cybrid期待される新奇形質の多様性
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本技術の発展性
他種への水平展開：配偶子が単離可能な植物であれば本技術の適応が可能
様々なイネ科植物からの単離された卵細胞
コムギ

C4型光合成イネ科植イネ

黒字：C3 光合成型

物は多様な優良形質

赤字：C4 光合成型を保持している。
・高光合成能トウモロコシパールミレット

エリアンサスサトウキビ・耐塩性・耐乾性・窒素固定能・高バイオマス
オオムギ

ミナトカモジグサ

セタリア

16新技術の特徴（まとめ）• 従来不可能であったイネ科穀物間の遺伝資源の相互利用を可能にした。
• 作出したイネ科 cybrid 作物は遺伝子組換え体の規制を受けることなく一般圃場での栽培が可能であることから、短期間で実用化に繋げることが可能。
• イネ科 cybrid 作物は多様な形質をもつことが想定されることから、ニーズにあった形質を選抜することが可能。
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実用化に向けた課題• イネｰコムギ cybrid 植物の作出に成功し、有用形質を保持していると推定される系統が得られつつあるが、更なる形質評価の積み重ねが必要である（現在実施中）。
• 様々なイネ科穀物種を組み合わせた cybrid 植物の作出が必要である。現在、トウモロコシｰコムギ cybrid植物、およびイネｰトウモロコシcybrid 植物などの作出を進めている。

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企業への期待• 本技術を用いた新たなイネ科 cybrid 植物の作出に向けた取り組みを始めたい企業と共同研究を推進したい。
• 本技術を使って作出したい新植物の性質・種類などに関して、企業側の意見を聞きたい。
• 本技術シーズはカーボンニュートラル（CO2削減）やSDGsなどに大きく貢献できると考えており、持続可能な社会の実現に向けて、本技術に興味のある企業と共同研究を進めたい。
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本技術に関する知的財産権• 発明の名称： 融合細胞、融合細胞の製造方法、細胞塊、植物体及び植物体の製造方法• 出願番号： 特願2020-187279： PCT/JP2021/041335• 出願人： 東京都立大学、鳥取大学、明治大学• 発明者： 岡本龍史、石井孝佳、矢野健太郎、マリエンティ テティ

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お問い合わせ先
東京都公立大学法人
産学公連携センター URAライン
ＴＥＬ 042-677-2829
ＦＡＸ 042-677-5640
e-mail ragroup@jmj.tmu.ac.jp

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