SIPにおける「イネの収量性向上」の研究概要

府省・分野の枠を超えた横断型の研究プログラムにより画期的な農業技術開発を行うことを趣旨として，内閣府が主体となって戦略的イノベーション創造プログラム（SIP）「次世代農林水産業創造技術」が2014年度にスタートしている．この中で「ゲノム編集技術等を用いた画期的な農水産物の開発」において，イネについては収量性の向上を目指した課題を推進している．この課題では以下4つの目標と手法の特徴を設定した．

• 1. 国内において現在最も多収である品種をベースとして，それ以上の収量増加を最新の栽培技術等により図れるか検証する．
• 2. 遺伝子の同定が進んでいるシンクサイズ（コラム参照）については，既に収量性の高い品種をベースとして，ゲノム編集によるシンクサイズの更なる拡大による収量ポテンシャルの向上を試みる．
• 3. 一方，関与する遺伝子情報の限られる転流能，登熟能の改良については，ジャポニカ・インディカ多収品種の交配集団を利用して，改変すべき原因遺伝子を明らかにするとともに，新規多収系統を作出する．
• 4. 複雑なシンク・ソース関係を解析する炭素フロー代謝解析（¹³Cなどラベルされた炭素を葉から取り込ませ，それらが光合成により糖やデンプンとなり，さらに転流を経て米粒などのシンク器官にどの程度の効率で到達しているかを解析する手法）や糖輸送・登熟モデルを開発して転流能，登熟能の制限要因の解明や遺伝解析を推進する．

通常の主食用イネ品種がおよそ400～500 kg/10aの収量性をもつのに対し，主に飼料用に開発された多収イネ品種はおよそ700～800 kg/10a以上の収量性をもつが，本課題ではそれら多収品種を改良のベースとして利用している．その一つである農研機構で開発された育成品種「北陸193号」は，好適気象条件下であれば1,000 kg/10a以上の収量性をもつ国内最多収品種の一つである．シンクサイズが比較的大きくかつ高い登熟歩合（籾の中に占める，中身の詰まった正常な籾の割合）を維持できることから，ゲノム編集に資する原品種として使用しており，課題全般においても中心として位置づけられている品種である．一方で，同じく農研機構で開発された多収品種の一つである「モミロマン」は，シンク容量が非常に大きいが（仮に登熟歩合が100％であれば1,200 kg/10aの収量ポテンシャルをもつ），登熟歩合が低くハーベストインデックス（収穫指数：収穫部位の乾物重／全乾物重）が抑制されやすい特性をもち，転流および頴果の登熟能力について向上の余地があると考えられることから，関連する可能性のある遺伝子に着目し，ゲノム編集による転流能，登熟能向上を狙った系統の作出を試みている．

ゲノム編集イネ系統の作出手法としては，配列非依存的なDNA切断能を有するタンパク質と配列認識能を有するRNAとを組み合わせた人工ヌクレアーゼを利用する方法が広く提案されており，任意のゲノム配列において塩基の欠失，挿入が可能なゲノム編集ツールである「CRISPR/Cas9」システムが使用されている⁽⁵⁾5) M. Endo, M. Mikami & S. Toki: Plant Cell Physiol., 56, 41 (2015).．一方で，DNA二重鎖切断を伴わない新たなゲノム編集方法として，脱アミノ化反応を触媒するデアミナーゼを用い，これとDNA配列認識能のある分子とを連結させることにより，特定のDNA配列を含む領域における核酸塩基置換によりゲノム配列の改変を行う「Target-AID（Activation-Induced（Cytidine）Deaminase）」の開発も進んでいることから⁽⁶⁾6) K. Nishida, T. Arazoe, N. Yachie, S. Banno, M. Kakimoto, M. Tabata, M. Mochizuki, A. Miyabe, Z. Shimatani, A. Kondo et al.: Science, 353, 6305 (2016).，この手法による変異導入系統の作出も現在進めている．

イネのシンク容量を向上させるターゲット遺伝子としては，籾数を増加させるものや，米粒のサイズにかかわる遺伝子などに対して変異導入を試みており，その後代においてメンデル分離によって外来の導入遺伝子であるCRISPR/Cas9発現カセットやTarget-AID発現カセットを保持しない個体（ヌルセグリガント）の選抜や，導入された変異の遺伝的固定化作業も同時に進めている．結果としてイネにおいては，T₀世代での導入された変異の確認，T₁世代での発現カセット本体をもたないヌルセグリガントの選抜および変異部位の遺伝的固定化が完了できる作出技術を確立している．

これまでシンク容量の改変にかかわるQTLは，枝梗数，籾数，粒のサイズなど多く見つかってきており，育種の分野においてもDNAマーカーを用いてそれらを効率的に利用できる状況である．しかし，時として近傍の遺伝子も交配過程で導入されることによる「リンケージドラッグ（linkage drag）効果」が現れてしまうことも多々あり，今後QTLの原因遺伝子のみを改良できるゲノム編集技術の登場により，育種へのQTLの利用も，また違った側面が見えてくる可能性がある．

作物育種における，一つのツールとしてのゲノム編集技術の可能性

現在行なわれている通常の交配育種において，ある栽培種に収量性や病害虫抵抗性などの新たな形質を導入するには，何世代にもわたって戻し交配と選抜を繰り返す必要があるが，ゲノム編集技術を併用した場合には，その形質に関与する遺伝子を特異的に改変できるため，前述のリンケージドラッグの回避や，有望品種，系統のゲノムバックグラウンドを維持したまま新規形質を迅速にピラミディングできるなども合わせて，育種の正確性を含めた効率性を向上させられることが期待される．このため，育種ビジネスにも大きな影響をもたらす可能性があり，作物開発の世界的な加速化が現在すでに始まっている状況である．

そのためわが国においても，ゲノム編集技術で作出された作物系統の特性を育種現場と近い環境で早期に判定していく必要があると考えている．実験室内のチャンバーや温室内で有望な形質が出たとしても，フィールド（野外ほ場）環境でその形質が発揮できなければ，実際には育種現場において使用してもらえる技術とはならないためである．わが国においても，このことが確認できなければ，ゲノム編集技術は遺伝子機能解析のツールにとどまり，育種技術の一つのツールとして仲間入りすらできないことになる．

一方，現段階では作出過程においては，初期世代でCRISPR/Cas9遺伝子やデアミナーゼ遺伝子というイネ由来ではない外来遺伝子をイネゲノム中に導入しているため，これらが遺伝分離によって排除された後代系統であっても，法規制上の取扱いの仕組みが決定されていない現段階においては，カルタヘナ法のもと遺伝子組換え作物の一つとして扱う必要がある．前述の，育種現場に近い環境での実証試験をカルタヘナ法のもと，最大限のスピードで進めていくためには，現行の規制に即して隔離ほ場における野外栽培試験を現段階では利用することが重要と考えた（図1図1■ゲノム編集イネ系統の野外栽培試験の様子（2017年農研機構・つくば市））．今後はゲノム編集を起こすタンパク質複合体を直接導入し，宿主ゲノムへの外来遺伝子を導入しない手法も広まっていくことが期待できるが^{(7, 8)}7) J. W. Woo, J. Kim, A. L. Kwon, C. Corvalan, S. W. Cho, H. Kim, S. G. Kim, S. T. Kim, S. Choe & J. S. Kim: Nat. Biotechnol., 33, 1162 (2015).8) S. Svitashev, C. Schwartz, B. Lenderts, J. K. Young & A. M. Cigan: Nat. Commun., 7, 13274 (2016).，ガイドRNAを使用するCRISPR/Cas9システムやTarget-AIDシステムにおいては，カルタヘナ法で規定された「細胞外で加工された核酸をゲノム中に導入された生物」に該当するかの議論もあることから，現状では，まず隔離ほ場で栽培試験を進め，この技術の可能性を検証することが必要であると考えている．一方で，既に目的遺伝子への変異導入によるノックアウト系統が作出されたならば，Cas9遺伝子やデアミナーゼ遺伝子，ガイドRNAなどの外来遺伝子がゲノム中に存在する必要性はなく，自殖交配による次世代（T₁世代）での遺伝分離により導入遺伝子カセット本体の除去が可能である（図2図2■アグロバクテリウムによる遺伝子導入法を用いた，ゲノム編集イネ系統を作出する際のステップ（CRISPR/Cas9システムを用いた場合））．隔離ほ場栽培試験での収量性や草型の特性解析を行なううえでも，Cas9遺伝子やガイドRNAなどの外来遺伝子がゲノム上に存在し続けることによる，更なる目的外の変異導入（オフターゲット変異の導入）の可能性はできるだけ回避すべきであるため，現段階ではPCRやサザンブロット解析を用いて外来遺伝子本体が分離除去されている個体由来の系統を，野外ほ場に展開して栽培試験を行っている．

図1■ゲノム編集イネ系統の野外栽培試験の様子（2017年農研機構・つくば市）

導入された変異のパターンごとに，各系統30～45株ずつ植えられている

図2■アグロバクテリウムによる遺伝子導入法を用いた，ゲノム編集イネ系統を作出する際のステップ（CRISPR/Cas9システムを用いた場合）

①Cas9遺伝子のイネゲノムへの導入．②Cas9酵素の標的遺伝子に対する切断および変異導入．③T₁世代（次世代）における導入遺伝子の分離と導入された変異の遺伝的固定．

前述の事項は，まさに目的外の変異を回避する措置でもある．育種選抜においても最終的な形質や形態を判断する途上で，そのような追加の変異はないに越したことはない．一方で，後述する市民の皆さんとのコミュニケーション活動において，またはマスコミからの取材において「オフターゲット変異は大丈夫ですか」，「オフターゲット変異は確認されましたか」など，オフターゲット変異をゲノム編集技術の不安要素の主要因として感じられている質問が，比較的多いことに筆者は若干の心配をもっている．作物育種分野におけるオフターゲット変異の議論を，医療分野と同じ土俵で不安視することには注意が必要であると考えている．品種改良するための作物育種はまさに「変異」が原動力であり，既存の突然変異育種においても，変異原を処理した当代においては，生じた変異のすべてがオフターゲットであり，そこから有用な変異は残し，不要な変異は取り除いていく過程（選抜）が，作物育種には存在することを忘れてはいけない．作物育種における「オフターゲット変異」は，不要なものであれば育種選抜の過程で排除が可能であり，医療分野における不安と同一視して，作物育種分野においてもオフターゲットが全くないことを求めていくような極端な議論になってしまわないか懸念される．

隔離ほ場栽培までの道のり

前述のとおり，ゲノム編集農作物に対する規制の枠組みについては，規制を担当する省庁において検討されている段階である．穂につく籾の数や米粒の大きさなど「シンク能改変イネ」は，シンク能へのパフォーマンスはもちろんのこと，収量性に対する効果がどのようなものになるかを，さまざまな環境や病虫害ストレス下にある野外ほ場で検証することがたいへん重要であり，社会実装していくうえでも必須であると考えている．そのため，われわれとして，外来の導入遺伝子カセット本体はすでにT₁世代において遺伝分離により除外されていると確認したものを栽培に供試したが，作出プロセスで一度は外来遺伝子を導入していたことから，遺伝子組換え系統として隔離ほ場での栽培を昨年より開始した．

カルタヘナ法の下，遺伝子組換え農作物を野外栽培するためには，生物多様性影響評価を実施し，その結果を含めた第一種使用規程承認申請書を，研究段階であれば文部科学大臣と環境大臣に，産業利用であれば利用形態に応じて農林水産大臣，経済産業大臣，厚生労働大臣のいずれかと環境大臣に申請書を提出し，承認をもらわなくては栽培できない仕組みとなっている⁽⁹⁾9) バイオセーフティクリアリングハウス（J-BCH），http://www.biodic.go.jp/bch/download/law/1Use_application_flowchart.pdf．

生物多様性影響評価については，周辺の野生生物種に対する競合における優位性，有害物質の産生性，国内に存在する交雑可能な野生生物種に対する交雑性を判断するために，影響を受ける可能性のある野生動植物の特定，影響の具体的内容の評価，影響の生じやすさの評価，生物多様性影響が生ずるおそれの有無などの判断を行っていく．これらの内容を含めた「生物多様性影響評価書」および「第一種使用規程承認申請書」を，申請する省庁の担当部局に提出する^(9～11)9) バイオセーフティクリアリングハウス（J-BCH），http://www.biodic.go.jp/bch/download/law/1Use_application_flowchart.pdf10) シンク能改変イネ（OsCKX2/Gn1a改変イネ系統），（Oryza sativa L. NIAS16-OSCas-Gn1a）http://www.biodic.go.jp/bch/download/lmo/public_comment/H29.2.28_kenkyu_gn1a_ap1.pdf11) シンク能改変イネ（IAA-Glucose hydrolase/TGW6改変イネ系統）（Oryza sativa L. NIAS16-OSCas-TGW6），http://www.biodic.go.jp/bch/download/lmo/public_comment/H29.2.28_kenkyu_tgw6_ap2.pdf．研究段階の試験として文部科学省と環境省に提出した場合は「学識経験者からの意見聴取会合」を経て申請内容が検討され，最終的に担当大臣による承認をもって，隔離ほ場における野外栽培が可能となる．

隔離ほ場の要件としては，

• 1. 隔離されたほ場であること，フェンスそのほかの部外者の立入りを防止するための囲いの設置
• 2. 部外者は立ち入り禁止である旨および管理責任者の氏名が記載された標識の設置
• 3. 隔離ほ場で使用した機械または器具，隔離ほ場で作業に従事した者の靴などに付着した遺伝子組換え農作物を洗浄する設備
• 4. そのほかの遺伝子組換え農作物が隔離ほ場の外に意図せずにもち出されることを防止するための設備
• 5. 防風林，防風網そのほかの花粉の飛散を減少させるための設備（花粉の広範な拡散による交雑が想定される遺伝子組換え作物を栽培する場合に限る）

以上のようなステップを経て，施設用件を満たすほ場での野外栽培が可能となるわけだが，育種の一つのツールとしてゲノム編集技術を使用していくためには，限られた隔離ほ場のみでは育種選抜は到底進められず，一般ほ場での栽培が不可欠である．今後，ゲノム編集作物の規制に関する検討が進み，野外栽培までの道筋が明らかになることを期待しつつ，そのためにも科学的知見に基づいた議論が積み重なっていくことを心より望む．

新技術の正確な情報提供

ゲノム編集技術や遺伝子組換え技術などの最先端科学技術については専門性の高い分野であることから，日頃から科学に接していない一般の方々においては，関心がないまたは難解なものとして捉えられる傾向にある．このような状況を踏まえて，まずは関心をもっていただくことを主な目的として，農研機構では農林水産省からの委託を受けて「先端技術の社会実装の加速化のためのアウトリーチ活動強化事業」を推進しており⁽¹²⁾12) 農林水産先端技術の社会実装の加速化のためのアウトリーチ活動強化，http://www.maff.go.jp/j/aid/attach/pdf/170629_5-5.pdf，たとえば，さまざまな機会を通じた情報発信や，科学館・博物館のネットワークと連携した特別企画展や巡回展示などを実施し，技術に関する正確な情報提供とともに，具体的なベネフィット情報を提供することとしている．一方，すでにゲノム編集技術に関して関心をお持ちの方に対しては，正確な情報の発信者にもなりえることから，ゲノム編集技術などに対する，ある程度専門的な情報も含めて提供する必要があり，NPO法人や大学などが主催するサイエンスカフェや公開講座などへわれわれ研究者が出向き，参加者の期待や不安にしっかり応えるための双方向コミュニケーションを推進するなど，興味や関心に応じたさまざまなコミュニケーション活動を展開している．筆者も，本事業に加えてNPO法人などの活動にも協力させていただいており，情報の発信者でもあるサイエンスコミュニケーターや消費者リーダー，科学部の記者，栄養士・管理栄養士，さらにはそのタマゴである栄養学科の大学生などに，昨年は二十数回の双方向コミュニケーション活動を実施する機会をいただいている（図3図3■消費者団体との双方向コミュニケーション活動）．

図3■消費者団体との双方向コミュニケーション活動

（左）筆者からの情報提供（右）モデレーターの進行による，グループディスカッションおよび双方向の意見交換．

ゲノム編集技術は現在発展途上中の技術であり，取り扱いに関する行政判断もなされていない状況であるが，環境省はゲノム編集技術がカルタヘナ法の対象か否かを整理するため，中央環境審議会自然環境部会遺伝子組換え生物等専門委員会の下に設置された「カルタヘナ法におけるゲノム編集技術等検討会」を設置し議論が開始され，現在，取りまとめられた方針案に対するパブリックコメントの募集が10月下旬に終了したところである．今後，コメントの取りまとめが行なわれた後，中央環境審議会・自然環境部会に報告される予定になっている⁽¹³⁾13) ゲノム編集技術の利用により得られた生物のカルタヘナ法上の整理及び取扱方針について，https://www.env.go.jp/council/12nature/gidaikankei%200830.pdf．この検討会では，ゲノム編集技術について大きく3つに分類し（図4図4■EU New Techniques Working Group（NTWG）およびEFSA GMO Panelによるゲノム編集技術の分類），それぞれ個別にその取扱について議論されており，本稿で取り上げているCRISPR/Cas9を用いて作出された「シンク能改変イネ」はSDN-1に分類される．また，国際的にもOECD（経済協力開発機構）におけるバイオテクノロジー規制的監督調和作業部会において，本技術に関する議論がなされているところである．

図4■EU New Techniques Working Group（NTWG）およびEFSA GMO Panelによるゲノム編集技術の分類

そのような中で，研究開発のみが先行し，市民の皆さんへの正確な情報提供が遅れてしまえば，いざゲノム編集技術による農作物の実用化への道筋が今後ついたとしても，社会受容を得ることは困難となることが予想される．新技術により作出された農作物やそれを原材料とする食品については，技術に関する正確な情報とともに，それらが生活にもたらすベネフィットや，もしリスクが存在するならばそのリスクついての正確な情報をわかりやすく伝えることが重要であり，これらの情報をもとに合理的な選択と，さまざまな考え方の共存を伴いながら社会受容が進むことが望ましいと考える．

おわりに

本稿においては，ゲノム編集技術の最新情報というよりは，その最新技術を用いて有望なもの作り出し社会実装していくうえで，作出された作物の特性や改良形質のパフォーマンスを如何に育種現場に近い場所で実証していき，得られた有望系統が従来規制の対象か否かを判断いただくこと，そして，育種現場の多くの研究開発者に「この技術は，将来的に使えるかも」と感じ取っていただくこと，さらに同時に，市民の皆さんに正確な情報を開発段階から積極的に発信し，かつ研究開発者が前面に立って，市民の皆さんがもつ懸念や疑問に真摯に対応しつつ意見交換も積極的に実施すること，これらがすべて重要である．この歯車がきっちりかみ合うことこそが，新技術を用いた有用作物の社会実装の実現につながると考えている．