農 業 と 科 学

平成 15
年 9月 1日

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モチ・サツマイモの育成
石川県農業短期大学農業資源研究所

教 授 島助教授

1.澱粉のモチ性大田 多喜子
谷 基 泰とによってモチ小麦が開発されている。このモチイネにはモチ米とウルチ米があり，その利用は小麦は粘りがあってうどんに適しているという。

昔から日本人の生活に密接に結びついている。坂ジャガイモでは

本寧男著「モチの文化誌J(1989) によれば，こして，モチ性ジャガイモが育成されている。分

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モ

放射線を照射して突然変異をお

チ性はイネ科の栽培種(イネ，アワ，キビ，ハト子生物学の発展によりムギ，モロコシ，オオムギ，トウモロコシ)のみ(GBSS) とよばれる酵素がアミロースを合成するに知られており，祖先野生種やその近縁種，ある反応を触媒していることが解明された。モチ性澱いはそれ以外の野生種には全く知られていないの粉品種ではこの GBSS酵素が作られないため，アである。また，面白いことに，ユリの鱗茎(百合ミロースが合成されず粒結合型澱粉合成酵素アミロペクチンのみの澱根)，ジャガイモの塊茎，サツマイモの塊根など，粉となる乙とが分かつてきた。そこで， GBSS遺大量の澱粉が貯蔵されておりわれわれが日常利伝子を働かなくするような遺伝子をジャガイモに用している顕著な栄養繁殖体にはすべてウルチ性導入してモチ性澱粉を持つ遺伝子組換えジャガイ

澱粉が貯蔵されておりモが作られている。

モチ性のものが貯蔵されているという例は，今までにまったく報告されてサツマイモ澱粉は約 20%のアミロースを含み，いない。 Jとある。また，モチ性穀類を利用するモチ性のサツマイモは今までなかった。我々は，文化は東アジアに特異的に成立したということ

ノすイオテクノロジーを使ってサツマイモの品種改で，食文化的にも非常に興味深い。

良に取り組んできているが， 2年程前，九州沖縄

澱粉はグルコースが直鎖状につながったアミロ農業研究センターとの共同研究で，サツマイモのースと枝分かれしているアミロペクチンから構成GBSS遺伝子をサツマイモに導入した結果，アミされており，その構成比は植物種によって違うが，ロースを全く含まないモチ性澱粉を持つサツマイだいたいアミロースが 20‑25%である。ところが

モを 1個体得ることができた。今回，もっと多くモチ性の澱粉には殆どアミロースが含まれていなのモチサツマイモを得るためにい。モチ米はアミロペクチンが 100%でよって RNA
干渉 (RNAi) という新しい方法で多アミロ

遺伝子組換えにースが全く含まれていない。ダンゴムギなどとよくのモチサツマイモの作出に成功した。

ばれているモチ大麦には数%のアミロースが含2聞サツマイモの遺伝子導入まれているにすぎない。

トウモロコシではワキシ植物に特定の遺伝子を導入する方法はいくつかーコーンとよばれるアミロースが全く含まれないある。アグロパクテリウムという土壌細菌を使っ系統から 60%以上もアミロースが含まれる系統まて遺伝子を植物細胞に導入する方法がもっともよで種々の系統がありく使われている。遺伝子組換え植物を得るには，それぞれの用途に合わせて利用されている。

特定の遺伝子が導入された細胞から再び植物個体

近年，自然界にはモチ性が存在しない作物におを育てていく過程が必要で、ありそれは組織培養いて人為的にモチ性の澱粉を持つ品種が育成され技術である。組織培養技術を使わないで遺伝子組ている。小麦では換え体を作る方法もあるがモチ性の遺伝子を潜在的に持っている系統を探し出しそれらをかけ合せるこ

現在ではまだ少数の植物で成功しているにすぎない。

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第三種郵便物認可

農業と 科学

平成 15年 9月 1日

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サツマイモの組織培養技術
物体への再生技術はつまり細胞から植イネやジャガイモなどに比図 1• RNA干渉の模式図( 杉 浦 生 物 と 科学 40より改変)

べて難しかった 。サツマイモのイモや葉柄などからカルス(細胞塊)を誘導することは容易であり ，そのカルスを増殖することができる 。 しかし，それから芽を再生させ2本鎖 RNA
相補 mRNAmRNA

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2本鎖 RNA
分解酵素

植物にまで育てるのは限られた品種で成功しているにすぎず ，またその頻度は低かった 。我々は・サツマイモの 蔓先の生長点を特殊な植物ホルモンで培養 することによ って ，

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本鎖 RNAの解離植物体を再生する能力を持ったカルスを得ること

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1 1 1 1に成功した 。 その再生能力のあるカルスに， 導入

標的 mRNAの認識したい遺伝子を付与したアグロパクテリウムを接種し，サツマイモ細胞に 遺伝子 を組み込んだ 。 その細胞から遺伝子組換えサツマイモを得ることに数年前に成功した 。現在まで除草剤耐性遺伝子など種々の遺伝子 を導入した組換えサツマイモの標的 mRNA・LmRNAの分解解析を進めている 。

高いカルスにアグロパクテリウムを利用して上3. モチサツマイモの育成

述したように設計された遺伝子 を導入した 。 多く

前述したようにモチ性の澱粉にはアミロースの遺伝子組換えサツマイモが得られたが ，そのうが含まれていない 。 そこでアミロース合成に関与

ち38系統を隔離温室 で栽培 し分析した 。 イモの切する GBSS遺伝子を操作することによってモチ性片をヨウ 素染色したところ澱粉にすることが可能である 。九州沖縄農業研究

統の澱粉が赤茶色に 染 まった(図 2)。 ヨウ 素 は(1998) はイネやジャガイモなどの遺伝子と相向性の高いサツマイモの GBSS遺アミロースに結合して濃青色になるため ，普通のサ ツ マ イ モ は 濃青色に染まる 。 ところが濃青色伝子を単離して解析した 。我々は，その遺伝子情ではなくて赤茶色であるということは報から， RNA干渉を生じるように GBSS遺伝子のースがないか ，非常に低いことを示している 。実

一部を繋いでサツマイモに導入し，遺伝子組換え際に，分光光度計で測定しサツマイモを作出した 。

算したところ，赤茶色に染色された澱粉にはアミRNA干 渉 (RNAi) と い う の は 二 本 鎖 RNA(dsRNA) を細胞内に導入すると，その配列に対応する mRNAが特異的に分解されることにより遺伝子発現が抑制される現象で 1998
年に線虫で発ロースが全く含まれていないことが確認された 。

センターの木村ら見され，その後種々の生物で同じ現象が報告されてきている(図 1)。 ここでは

サツマイモ GBSS

遺 伝 子 の 一 部を 二 本 鎖 RNAを作るように設計して，それをサツマイモに導入した 。 その結果生じた GBSSの 二 本 鎖 RNAが サ ツ マ イ モ の GBSS

mRNAを分解してしまうために GBSS酵素を作ることができず，従ってアミロースが作られないつまりモチ性の澱粉のサツマイモになることが期待された 。
サツマイモの品種「高系 14号」の再分化能力の70%以上の組換え系

アミロアミロース含量 を計

図2. 形質転換サツマイモのヨウ素染色。
5系統中， 1系統(上段右)が高系 14号(左上)と同じ 濃青色に染色 ，その他は赤茶色に染色され ，アミロースが含まれないことを 示 した 。

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遺伝子組換え植物のうち約30%は濃青色に染まるものから 60%以上もあるアミロコーンまで種々り，分析の結果，普通のサツマイモと同じ 18‑の澱粉がそろっている 。 そのため用途に応じた成20%のアミロース含量であり 中間の含量のものはなかった 。RNA干渉が 70%以上の組換体で働い分の澱粉が生産できれば利用が拡大できる可能性が高くなる 。我々は遺伝子組換えによってワて， GBSS遺伝子の発現を完全に阻止したと考えキシーコーンに匹敵できるワキシースイートポテられる 。RNA
干渉が遺伝子の発現を阻止し，新たト(モチサツマイモ)の育成に成功した 。 これは，な形質を付与するのに非常に有効な手段であると新しい食品素材としての利用，増粘剤，澱粉フィいえる 。

ルムなど種々な利用が期待される 。 また，アミロ

遺伝子組換えサツマイモはは殆ど差異がなく高系 14号と見かけ正常に生育した(図 3)イモの収量も正常のものと殆ど変らなかった 。 また
澱粉収量も大きな差異はなくース含量を増加したサツマイモの育成にも取り組み始めた 。
サツマイモ生産の拡大のためには，澱粉組成のアミロースを全く改変以外に生産コスト削減が必要である 。澱粉含含まないモチ性の系統とアミロースを含む系統も量を増加させることも生産コスト削減につながる大きな差異はなかった 。

だろう 。従来の育種方法で澱粉含量が多い澱粉生図3. 高系 14号(左)と遺伝子組換えサツマイモ(右)。形態、収量とも殆ど差異がない。

産用のサツマイモ品種が開発されてきてるが，さらなる澱粉生産の増大のためには遺伝子組換え技術が必要となるだろう 。 また

トウモロコシ生産は高度に機械化され省力化によって生産コストが抑えられている 。 ところがサツマイモは苗の植え付け，収穫などでの機械化が進んでいない 。機械の開発と共に，機械化に適した直播用の高澱粉生産性品種の開発も必要である 。
さらに，サツマイモ澱粉の改変については，アミロース含量の変更のみならず全く新しい付加価値の高い澱粉(炭水化物)を微生物由来の様々な糖質関連酵素遺伝子の組換えによって，サツマイ4. これからのサツマイモモで生産できる可能性もある 。現在のところは，サツマイモは単位面積当たり澱粉生産量が最も高い作物である 。 しかも

遺伝子組換え作物が容易に受け入れられる状況で窒素肥料の要求性がはないが，これからの研究の進展により安全性が低く ，少量の肥料で最大の収穫を上げることがで確信できるようになっていくと我々は楽観していきる 。 また，他の作物に比べて病害虫，雑草，自る。すばらしい作物であるサツマイモを遺伝子組然災害が少ないため換えによって種々の新規な澱粉を生産できるよう農薬の使用量も少なくてすむ。 そのため，サツマイモは環境に負荷を与えるにし，近い将来，食品加工や工業原料として大いことが少ない，まさに 21世紀の日本の作物といえに利用されることを 夢見 ている 。

る。

用語説明

澱粉は食品加工や工業用原料として幅広く大量に利用されておりこのようなサツマイモの澱粉粒結合型デンプン合成酵素トウモロコシ澱粉が使われているという 。 トウモ(
granule‑boundstarchsynthase，GBSS)
デンプンの生合成に関与する酵素の一種で，澱粉に強固に結合 (granule‑bound) している 。 この酵素が欠損した W 鉱 y変異体で、は澱粉がアミロー

ロコシでは種々の突然変異体があり，その澱粉はスフリー(モチ)になることから、 GBSSはアミアミロース含量が 0%のワキシーコーンと 言 われロース合成を行うとされている 。

が大いに利用されることが望ましいが，残念ながら，現在では，食品加工や工業用原料には殆どが(12)農 業 と 科 学

第三種郵便物認可(毎月 1日発行) 平成 15
年 9月 1日第 545号

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アンチセンス RNA

遺伝子発現が抑制される現象を t~う 。 図 1 に示さ

遺伝子 (DNA)を鋳型にして合成されるリボ核れるように，細胞内の 二本 鎖 R
NAは短い 二 本 鎖酸(メッセンジャー RNA、mRNA) に対し相補的あると，相補的な mRNAと対合し，遺伝子の発現RNAに分解される 。 その短い二本鎖RNAが 1本になり，その配列に対応する mRNA'こ対合するとそのmRNAは分解されてしまう 。そのため遺伝子発を抑制する 。 この技術によって遺伝子発現を任意現が抑制されてしまう 。 この機構を利用して細胞に抑制できる 。

内で合成される種々のタンパク質の量を減少さRNA干渉
二本 鎖RNAを細胞内に導入すると，その配列にが特異的に分解されることにより対応する mRNAせ，望ましい形質になるような遺伝子組換えが行な配列を持つ RNA。アンチセンス RNAが細胞内にわれている 。

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越 野 正 義精密農業と肥料
このシリーズの最後に宇宙開発と人間生活の切手(国連)をご覧いただく 。空には人工衛星が飛びパラボラアンテナがあり人工衛星の農業利用では手前にはコンパインで何かを収穫している 。
冷戦時代のアメリカがソ連の農作物収量を推測していた例が有名である。 日 本 で も 作 付 け 面 積 収 量

品 質 病 害 虫 被害の発生などをリアルタイムに推定する研究がされている 。解像度が高くなるといつどこの畑にトラクターが入ったかまで分かるようである 。

現在では位置情報の利用が重要で、ある 。カーナビを収穫機に付けて走行中に収量データをとり，位置情報とともに記録する技術はアメリカでは実用化されている 。北陸農業研究センターでも水田で研究しており収量のマップを細かく作り翌 年の施肥管理に利用しようとしている 。衛星デー

タではなく，土壌分析を走行中の作業機でリアルタイムに連続的に行なうことも試みられている 。
土壌中の肥料成分のマップができればariable‑rate
それに応じて施肥量が変えられる施肥機(vapplicator) が必要になる 。走行中に， 三要素の比率を変えながら施肥量 を自由に変えられる肥料の形態はどういうものか

今から研究する必要がないだろうか 。
(財日本肥糧検定協会参与) i