2023 年 6 ⽉ 29 ⽇
報道関係者各位
国⽴⼤学法⼈筑波⼤学

ゲノム編集技術を利⽤した保存性向上メロンの作出に成功
本研究では、ゲノム編集技術を利⽤して、収穫後の保存期間が従来よりも 14 ⽇間延びたメロンを作出しました。このような技術は、⾷品ロスと廃棄物を削減し、世界の⾷料システムの持続可能性を⾼めることに貢献すると期待できます。

ガス状の植物ホルモンであるエチレンは、果物の追熟を促す働きがあり、保存性（⽇持ち）に関与することが古くから知られています。本研究では、ゲノム編集技術 CRISPR/Cas9 システムを⽤いて、国産⾼級ネットメロン（Cucumis melo var. reticulatus ʻHarukei-3ʼ）のエチレン合成経路を改変し、保存性の向上を試みました。
1-アミノシクロプロパン-1-カルボン酸オキシダーゼ（ACO）は、エチレン⽣成経路の最終段階を制御する酵素で、複数の相同遺伝⼦を持っています。本研究グループではこれまでに、メロンのゲノ
ムには 5 つの CmACO 遺伝⼦（ACO の相同遺伝⼦）が存在することを、また、収穫した果実ではCmACO1 遺伝⼦が主に発現していることを⽰していました。このことから、CmACO1 はメロン果実の保存性向上にとって重要な遺伝⼦であると予想できました。そこで今回、CmACO1 を ゲノム編集のターゲットとして選択し、変異の導⼊を試みました。その結果、収穫されたメロンには外来遺伝⼦はなく、誘導した突然変異は少なくとも 2 世代にわたって受け継がれました。⾮ゲノム編集系統（野⽣型）においては、収穫後 14 ⽇で果実のエチレン発⽣が観察され、果⽪は⻩⾊に⾊づき、果⾁の軟化も進んでいました。⼀⽅、ゲノム編集で作った変異体では、エチレン発⽣が野⽣型の 10 分の 1 に減少し、果⽪の⾊は緑⾊のままで、果実は硬いままでした。すなわち、ゲノム編集による CmACO1 変異導⼊が、メロンの保存性を向上させたと考えられます。本研究結果は、ゲノム編集技術が、⾷品ロスの削減や、⾷料安全保障にも貢献できる技術であることを⽰しています。

研究担当者
筑波⼤学⽣命環境系／つくば機能植物イノベーション研究センター
江⾯ 浩 教授野中 聡⼦ 助教

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研究の背景⾷品の保存性向上は、⾷品ロスと廃棄物抑制の⾯から育種において重要な特性です。世界的には、⾷料総⽣産量の 14%が⼩売販売前に（FAO、2019）、さらに 17%が⼩売および消費者レベルで失われており（UNEP 2021）、4,000 億⽶ドルもの損失が⽣じています。果物や野菜は、穀物と⽐較して保存性（⽇持ち）が短いため、これらの損失は特に顕著です（FAO、2019）。従って、果物や野菜を改変して保存性を向上することができれば、⾷品ロスや廃棄物が減り、世界の⾷料システムの持続可能性が向上すると期待されています。また、果物の品質と鮮度を維持するには、温度、湿度、酸素、⼆酸化炭素を厳密に管理する必要があり、輸出の際のエネルギー使⽤量とコストが⾼くなっていることから、⻑期保存が可能な品種を⽣産すれば、これらを⼤幅にを削減できます（Lamberty and Kreyenschmidt、2022）。このため、果物や野菜の保存性を向上することは輸出戦略においても極めて重要な課題です。
果物や野菜は、ガス状の植物ホルモンであるエチレン注１）によって追熟が促進されることから、保存性の向上には、エチレン発⽣の制御が鍵となります。先⾏研究において、エチレン合成経路の最終段階を担う 1-アミノシクロプロパン-1-カルボン酸オキシダーゼ（ACO）遺伝⼦の発現を、遺伝⼦組換え技術により抑制した場合に保存性が向上することが⽰されていました。そこで本研究では、実⽤的な育種ツールとしての有⽤性が証明されているゲノム編集技術注２）CRISPR/Cas9 を⽤いて、⽇本の重要輸出農作物の⼀つである⾼級ネットメロンの ACO 遺伝⼦に変異を導⼊し、保存性を向上させることを⽬指しました。
研究内容と成果
1-アミノシクロプロパン-1-カルボン酸オキシダーゼ（ACO）は、多くの植物ゲノム中で相同遺伝⼦注 3）を複数持つことが知られています。そこでまず、ゲノム編集のターゲットとなる遺伝⼦配列を選択するた
めに、マスクメロンの全ゲノム発現遺伝⼦情報データベースである Melonet-DB（Yano et al., 2018, 2020、https://melonet-db.dna.affrc.go.jp/ap/top）を⽤いて、メロンのゲノムに ACO 遺伝⼦が幾つ存在するか調査し、５つの CmACO1 が存在することを明らかにしました。次に、それぞれの遺伝⼦の発現部位を調べたところ、５つの CmACO のうち、CmACO1 が収穫後果実において特異的に発現していたことから、CmACO1 をゲノム編集のターゲットとすることにしました。
ゲノム編集ベクターをメロンゲノムへ導⼊した後、標的とした CmACO1 に変異が導⼊された系統を選抜しました。得られたゲノム編集メロンは倍加注４）しており、四倍体注５）でした。⾃殖後代注 6）（T2 世代）
から、ゲノム編集ベクターが遺伝分離した系統を選抜して形質を評価しました。その結果、⾮ゲノム編集個体では、果実収穫後 2 週間でエチレン発⽣量が最も⼤きくなり、果⽪⾊も⻩⾊く⾊づきました。また、果実の軟化が観察され、果⾁に⼽塾。されました。⼀⽅、ゲノム編集個体においては、果実収穫後 2 週間
でもエチレン発⽣はほとんど観察されず、果⽪⾊は緑のままで、果実の軟化と早期発酵も⾒られませんでした（参考図）。以上のことから、ゲノム編集技術を利⽤して CmACO1 へ変異を導⼊することにより、保存性が向上したメロンを作出することに成功しました。
今後の展開
メロンでは、四倍体と⼆倍体を交配し、三倍体メロンを作ることができます（Ezura et al., 1993）。三倍体メロンは、⼆倍体と同様に球形の果実を持ち、糖度がほぼ⼆倍体と同じ特徴を⽰す⼀⽅で、外⽪のみで中⾝のない種⼦のみが含まれるため、種⼦の流出が防⽌されるというメリットがあります。今回開発した保存性に優れた四倍体メロンを⽤いて、⻑期保存性に優れた三倍体メロンの開発が可能になると期待されます。

2参考図

Ethylene evolution rate(pmol/hour/gfw)

200150100500⾮ゲノム編集系統

ゲノム編集系統

ゲノム編集によりCmACO1へ変異を導⼊したメロン
収穫後14⽇⽬の様⼦
⾮ゲノム編集系統では果⽪⾊が⻩⾊く⾊づいたが、ゲノム編集系統では果⽪⾊が緑のままWT
⾮ゲノム編集系統#6-4
ゲノム編集系統

収穫後14⽇⽬の果実からのエチレン発⽣量
⾮ゲノム編集系統ではエチレン発⽣が観察できたが、、ゲノム編集系統では⾮ゲノム編集系統の1/10程度に減少している✱✱

Fruit firmness
(kg)

1500

(C)

⾮ゲノム編集系統

ゲノム編集系統

ゲノム編集によりCmACO1へ変異を導⼊したメロン
収穫後14⽇⽬の様⼦半切果実の観察。⾮ゲノム編集系統では、早期発酵（図中⻘⽮印）が観察されたが、ゲノム編集系統では観察されていない。

1000

5000

WT WT #6-2 #6-2
⾮ゲノム編集系統
ゲノム編集系統

収穫後14⽇⽬の果実硬度
⾮ゲノム編集系統では、軟化が進んでいるが、ゲノム編集系統では硬度を維持している。

図 ゲノム編集したメロンと⾮ゲノム編集メロンの収穫後 14 ⽇⽬の⽐較
⽤語解説
注１） エチレン
ガス状の植物ホルモン。果実の保存性や成熟の他、花の⽼化などにも関係する。また、植物病害抵抗性にも関連するとの報告がある。
注２）

ゲノム編集技術

DNA 結合領域と DNA ⼆重鎖の切断領域とからなる酵素を⽤いて、任意の配列の DNA ⼆重鎖を切断し、変異を導⼊する技術。本研究では CRISPR/Cas9 システムを利⽤した。
注３） 相同遺伝⼦
同⼀の祖先に由来し、同じ構造・機能を持つ遺伝⼦。
注４） 倍加染⾊体数（遺伝⼦のセット）が２倍に増えること。
注５） 四倍体
メロンの体細胞は遺伝⼦ 2 セット分の染⾊体を持つ⼆倍体であるが、これが２倍に増えた（倍加）もの。⼀般に、四倍体は⼆倍体よりも枝や葉が⼤きくなる。
3注６） ⾃殖後代
同⼀個体内の雄蕊（花粉）と雌蕊（卵細胞）による受精を⾃家受精といい、この形式による⽣殖を⾃殖という。⾃殖後代とは⾃殖により得られた⼦孫を指す。
研究資⾦
本研究は、戦略的推進プログラム SIP「戦略的イノベーション創造プログラム（スマートバイオ産業・農業基盤技術）」1B「バイオ産業・農業に貢献する精密ゲノム編集基盤技術の開発」の⼀環として実施されました。
掲載論⽂【題 名】 Targeted modification of CmACO1 by CRISPR/Cas9 extends the shelf-life of Cucumis

melo var. reticulatus melon（ゲノム編集技術による棚持ち性向上メロンの作出）【著者名】 S. Nonaka, M. Ito, H. Ezura【掲載誌】 Frontiers in Genome Editing【掲載⽇】 2023 年 5 ⽉ 25 ⽇
【DOI】

10.3389/fgeed.2023.1176125

問合わせ先【研究に関すること】
江⾯ 浩（えづら ひろし）
筑波⼤学 ⽣命環境系／つくば機能植物イノベーション研究センター（T-PIRC） 教授
URL:

https://trios.tsukuba.ac.jp/researcher/0000001297【取材・報道に関すること】
筑波⼤学広報局
TEL: 029-853-2040
E-mail: kohositu@un.tsukuba.ac.jp

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