農 業 と 科 学(6)
第三種郵便物認可
平成 8年 3月 1日
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川Jlノ〈ーティクノレガンによるイネへの遺伝子導入法

石川県農業短期大学農業資源研究所

教授島田多喜子
1. はじめに一昨年の 5月，遺伝子組換え技術によって育成された日持ちのよい完熟トマトが商品化され話題となった。これは遺伝子組換支作物の初めての市場化であり，歴史的なことであるかもしれない。
このトマトは，果実が熟すに つれて軟らかくなるとし、う遺伝子が働かないように遺伝子組換えされたもので，したがって完熟しでも軟らかくならず，輸送保存による傷みが少ない。遺伝子組換えということで消費者の拒否反応が危倶されたが，スーパーマーケットに売り出されるとすぐに売り切れたということである。優秀な品種の良い点はそのままで，欠点のみを改良できるという遺伝子組換え技術は，これからどんどん実用品種を生み出してい《ことになるだろう。
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遺伝子組換え作物の育成には，り，方法として，アグロパクテリウムという土壌細菌を介する方法と直接細胞に遺伝子を挿入する方法とがある O イネでは，現在のところどちらの方法
でも異種遺伝子を導入した植物体(形質転換体〉を得ることができる。
イネなど単子葉植物はアグロパクテリウムに感染することが困難であるためアグロパクテリウムを介する方法を用いて遺伝子導入することはできなかった。ところが一昨年日本たばこ産業株式会社の研究者達は，工夫を凝らしてアグロパクテリウムを用いてイネの形質転換に成功した。かなり効率的で，再現性もあり，これからのイネの形質転換系として重要な位置を占めると考えられる。
直接遺伝子導入法としては，2つ の 方 法 が ある。植物細胞は動物細胞と違い，堅い細胞壁に守2つの要素があられている。そのため細胞内に遺伝子を機械的に1つは遺伝子の単離であり，他は遺伝子の導挿入することは困難であった。そこで細胞壁を酵入である。農業上有用な遺伝子，例えば耐寒性，素で溶かし，裸の細胞「プロトプラスト」にし耐病性，多収性などに関与する遺伝子を単離するて，それに遺伝子を導入する方法が開発された。

ことは容易なことではない。しかし，ウイルス病

現在までイネではこの方法が最も広く使われてきに抵抗性の遺伝子，耐虫性に関する遺伝子，除草ている。しかし，プロトプラストを用いる方法に剤抵抗性遺伝子等いくつかの遺伝子が単離され，は，主に 2つの難点がある。 1つは，イネの品種それらが導入され新しい野菜や穀物が育成されつの中にはプロトプラスト培養が困難な品種があつある。また，研究は日進月歩であり，これからり，この方法が使えない品種があるということでもどんどん農業上有用な遺伝子が単離されていくある。他の点は，プロトプラスト培養など組織培だろう。次に，これらの遺伝子をどのようにして養によって突然変異が生じやすく，稔、性のある正植物に持、指せるかという問題がある。こちらの方常なイネを得る効率が低いことである。

は，かなり有効な方法が開発されてきている。こプロトプラストにしないで細胞壁のある細胞にこでは，イネに遺伝子を導入する方法として，比直接遺伝子を導入する方法として，パーティクル較的新しい方法であるパーティクルガン法についガン法が開発された。金あるいはタングステンのて紹介する。

微 粒 子 (1‑‑2μm) に遺伝子をまぶし，それを細2. 遺伝子を導入する方法

胞壁を貫く強い力で発射して細胞内に導入し，遺植物細胞に異種の遺伝子 (DNA) を導入する

伝子も一緒に細胞内に入れようというものであ平成 8年 3月 1日

農 業 と 科 学

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酬3. パーティクルガンによる遺伝子導入の原理難しいものがあることを述べたが，プロトプラス

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987年，米国 Sanfordらは，遺伝子をコーテイ

ト培養が困難な植物種は多い。例えば大変重要なングした金の微粒子を弾丸にぬりつけ，銃によっ作物であるコムギ，オオムギ，ダイズなどがそうて遺伝子を細胞壁のある細胞に導入することに成である。それらの植物では， パ ーティクルガン法功した。現在では，パーティクルガン装置は改良で形質転換体が得られるようになってきている。

され，図 1に示すように銃とは想像もつかない形

この方法について次節で詳しく述べる。になっている O また，当初は火薬の爆発によって

図 1 パーティクルガン装置

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発射していたが，我々が使っている装置(図 1)
は Bio‑Rad社から発売されているもので，圧縮ヘリウムガスの圧力で発射している。広島大学森川弘道教授が開発したエアーライフル式の装置もある。
ーティクルガンの模式図を図 2に示す。遺伝

ノf子をコーテイングした金の微粒子を発射体であるフィルムに塗り付けてセットする。ヘリウムガスの圧力でフィルムは強い力で発射されるが，すぐ下にある金網のストッピングプレートで止まる。
しかしフィルムに塗り付けられた金粒子は網目から飛び出しターゲットの組織細胞に撃ち込まれ，遺伝子も細胞内に入ることになる。
金の粒子と共に遺伝子も細胞内に入り，うまく遺伝子が染色体に組み込まれた細胞を選抜して，それから植物体を再生させる。この点に関してはプロトプラストに遺伝子を導入する方法と大きな違いはなし、。ただパーティクルガン法の場合，生長点の細胞に遺伝子を導入して，直ちに形質 転 換
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図 2 パーティクルガン装置の模式図。ストッピングプレート(金網〉から遺伝子をコーテイングした金粒子が維織細胞に向って飛び出す~ガス加速管ラプチャー盤
DNAをコーティングした
金粒子を塗布したフィルム

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平成 8年 3月 1日
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11した芽を獲得できる可能性がある。ダイズ等では，生長点に パ ーティクルガンで遺伝子を導入しそこに遺伝子をまぶした 金 の粒子を ノfーティクルて形質転換体を得ている。ただ、し，この場合は遺イネに導入したい遺伝子として，耐冷性に関係伝子が組み込まれている部分とそうでない部分があると考えられている シ ロイヌナズナの脂肪酸不ガンで撃ち込む。

キメラになっている可能性がある。

飽和化酵素遺伝子 (Fad7)とする。外来遺伝子が4. パーティクルガンによる形質転換イネの育成組み込まれた細胞を選抜するためのマーカー遺伝

実際に，どのようにして異種遺伝子を組み込ん子として，ビアラホス (除草剤ハーピエースなど .

だ形質転換イネを作るのか，我々の行っているノ fの成分) に対する抵抗性を付与する遺伝子 (bar)ーティクルガンを使った方法を述べる。

も同時に導入する。それぞれの遺伝子を含んだ、プ遺伝子を導入する組織としてイネ完熟種子の脹ラスミドを混合して金の微粒子 (1.6μm)にコーテの目玉盤組織を用いる。種子を滅菌し， 2， 4‑D(2m9/s) 添加した培地上で培養する。約 1週

イング し， ノfーティ クルガン でイネ怪盤組織に撃ち込む。その後，ピアラホスの含まれる培地上で間後に発芽するが， ji
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S盤組織が肥大してくる。そ廃盤組織を培養すると，約 2ヶ月後にピアラホスの時期に匪を取り出し，芽の部分を取り除き，脹抵抗性の細胞が増殖してくる (図3b)。この細胞盤組織を上にしてシャーレに並べる (図 3 a)。

塊を再分化培地に移植すると植物体が再分化し，

図 3 パーティクルガンによるイネの形質転換(司 パーティクルガンで遺伝子をうちこむために廃盤組織を 上にして並べられたイネの脹防( 除草剤が含まれている培地上で形質転換した細胞が増殖(c) 除草剤耐性の細胞から植物体が再生している(d) 融離温室内で正常に生育している形質転換イネ

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形質転換体イネが得られる( 図 3C ， d)。幸いなへのノ fーティクルガンによる遺伝子 導入では，培ことに，この除草剤抵抗性形 質転換イネの半数以養過程を経ない(カルス培養 しない)ので培養変上は，目的の fad7遺伝子も組み込んでおり，目異および品種による制限を回 避できるだろう。た的の形質転換体が得られる。

だし，キメラの問題がある。

100の種子を処理して， 10個体以上の除草剤抵抗性イネが得られ p そのうちの半数以上が目的のという装置が必要である。商 品化された装置がい遺伝子を組み込んでいること になる。形質転換効

くつか販売されるようになり ，価格も下がってき率としては 5%程度といえる。これは，決し て低でいるが，まだ高価である。 さらに，この装置をい率ではないと考える。また ，プロトプラスト培使って得られた作物で商品化 した場合，特許料を養が困難で遺伝子組換えが難 しかったコシヒカリ支払わなければならないという特許の問題があでも形質転換体が得られた。 さらに形質転換イネる。しかし，特許に関しては ，この導入装置だけの大部分は正常で稔性があっ た。このように，パでなく，他の方法にもかかっ ているだろうし，遺ーティクルガン法はプロトプ ラストを用いる方法

伝子にも，形質転換体を得る 色々な個所に特許がより優れている点が多く，簡 便な形質転換法としかかっていると聞いている。 したがって，とりたて定着してきている。ててノ fーティクルガン装置のみの特 許を問題にす

5. パーティクルガン法の問題点
ノfーティクルガン法は，プロト プラストを用いる方法より優位な点が多いが ，決して理想的な形質転換法とはいえない。

ノfーティクルガン法の場合，パ ーティクルガンることはないのかも知れない。

6. これからイネへの異種遺伝子の導入方 法が改善され，以前からは考えられないくらい 簡単に形質転換イネ異種遺伝子が多く(多コピー 〉植物中に組み込が作られるようになっている 。昨年 10月に，フィまれると，遺伝子の不活化が 起こりやすく，後のリピンにある国際イネ研究所 で国際イネ遺伝学シ解析が複雑になるため，1コピーのみを組み込んンポジウムが開催された。そ こでは，遺伝子組換だ形質転換体が望ましい。と ころが直接導入法でえに関する発表が非常に多かったが，大部分はノ fあると，多コピーを組み込んでしまうことが多ーティクルガン法によるものであった。しかし，く，組み込みを制御すること ができない。アグロ

次の有望な方法としてアグロ パクテリウや法が注パクテリウムを介する方法で は 1コピーのみを組目を集めていた。上に述べた 問題点を解決するよ

み込むことが多く，この点でより優位である。

うな理想的な独自の遺伝子導 入法の開発と農業上ノfーティクルガン法は，プロト プラスト培養を有用な遺伝子の単離が相まっ て，我々の日常の食経ないため培養変異が比較的 回避できると述べた

卓に遺伝子組換えイネのご飯 が登場することになが，培養過程を全く経ないと いうわけではないのるのだろう。

で，やはり低頻度でも培養変異は生ずる。また，培養能力の低い(培養細胞か らの植物体の再生能力の低い)品種では，当然パ ーティクルガン法で(編集部注解〉
キメラとはギリシャネ中 3
苦に出てくるライオン

も形質転換体を得るのは難し い。この点は，アグの頭，ロパクテリウム法でも同じ制 限を受ける。生長点学では二つ以上の異なった遺 伝子型の細胞など

ヒツジの胴，ヘビの尾を持つ 怪物。生物から作られた一個の生物個体をいう。

(10)第三種郵便物認可

農 業 と 科 学

(毎月 1日発行)平成 8年 3月 1日

第 460号

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