ゲノム編集は特定の遺伝子を狙って改変する技術で、社会ニーズにあった農作物を短期間で作出できる優れた作物育種技術として期待されている。

ゲノム編集植物を作出するには、ゲノム編集酵素の遺伝子を植物ゲノムに組み込んでゲノム編集を誘導するのが一般的。外来DNAであるゲノム編集酵素遺伝子が組み込まれた作物は遺伝子組換え植物となるため、ゲノム編集が起きた植物体から種子を採って、次世代の中からゲノム編集酵素遺伝子が組み込まれていない個体を選ぶ手法がとられている。しかし、イモや果樹のように、種子ではなく茎や根といった栄養体で増える植物や種子を得るまでに長い時間がかかる植物ではこの方法は不向きとなる。

一方、ウイルス由来のベクター（遺伝子の運搬役、以降、ウイルスベクターと表記）にゲノム編集酵素遺伝子を載せるウイルスベクター法では、ゲノム編集酵素遺伝子は植物のゲノムに組み込まれず、ウイルスゲノムの一部として植物細胞内で増殖。これが細胞間を移行してゲノム編集を起こす。よって、ウイルスベクターを導入した植物体の葉から植物体を再生させることで、外来DNAをもたないゲノム編集植物体を得ることができる。

図1：SpCas9または改変AsCas12fを用いたウイルスベクター法による外来DNAをもたないゲノム編集植物体の作出

農研機構はこれまでに、ナス科植物に感染するジャガイモXウイルス（PVX）を元にしたウイルスベクター（PVXベクター）と主要なゲノム編集酵素であるSpCas9遺伝子を利用して、外来DNAをもたないゲノム編集植物体の作出に成功。しかし、この方法ではゲノム編集植物体を得られる効率が1.6%と低いことが問題だった（図1左）。

これは、PVXベクターに載せたSpCas9遺伝子が大きいために、PVXベクターが増幅し、細胞間を移行する間にSpCas9遺伝子がPVXベクターから脱落してしまい、ごく一部の細胞でしかゲノム編集が生じないことが原因と考えられた。

この問題を解決するため、同研究では、東京大学を中心とする研究グループが開発した、小型でゲノム編集を起こす活性が高いゲノム編集酵素である改変AsCas12fを利用。改変AsCas12fの遺伝子を載せたPVXベクターをナス科のモデル植物であるベンサミアナタバコの葉に導入したところ、60%の高効率でゲノム編集植物体を得ることができた（図1右）。

なお、農研機構は、ゲノム編集が生じた葉から植物体を再生させる過程でウイルスベクターを細胞から取り除く方法も開発している。

今後は、改変AsCas12fを載せたウイルスベクターを用いたゲノム編集と、ウイルスベクターを取り除く方法を組み合わせて、より多くの植物種でウイルスベクターも外来DNAももたない植物体を簡便に作出する方法の確立を目指す。

同研究成果は国際誌『Frontiers in Plant Science』に掲載された。