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光合成明反応機能強化による 植物バイオマスの上昇

広島大学　

大学院理学研究科

数理分子生命理学専攻　　　　　

准教授　島田　裕士　

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社会的背景

•  二酸化炭素排出量の抑制

•  二酸化炭素の資源化

•  次世代エネルギーとしてのバイオマス利用

•  光合成効率の効率化

•  遺伝子組換え植物に対する問題

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従来技術とその問題点

　既に光合成能を向上させた植物の分子育種につ

いて報告されているものには、ラン藻の遺伝子を

高等植物に導入させた報告等があるが、異種遺伝

子を導入した植物（GM植物）であり、広く利用され

るまでには至っていない。

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新技術の特徴・従来技術との比較

•  従来技術の問題点であった異種遺伝子導入によらず，同種遺伝子の高発現で光合成能の向上によるバイオマス（植物乾燥重量）の上昇に成功した。

•  通常条件での生育でバイオマスが1.5〜2.0倍上昇しており，コスト削減が期待される。

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NBT (New Plant Breeding Techniques)

•  遺伝子組換え技術に代わる新しい植物育種技術 •  Intragenesis 同種の遺伝子を同種に導入する技術

• 同種由来の調節領域（プロモーターやターミネーター等）を別の遺伝子に組み合わせて用いる

•  セルフクローニングはカルタヘナ法の 規制対象外

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NBTについて

•  米国の状況 NBTの対象となっている技術で作られた数例の植物系等について，基本的に規制対象外

•  EUの見解 基本的な考え方として，Intragenesisで生育したものは従来の規制ガイドラインで対応可能，更なる規制は不要

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ABC11 野生型 ABC11高発現体

組織 子葉（双葉） 本葉を含む全組織

細胞内小器官 葉緑体 葉緑体

局在 チラコイド膜 チラコイド膜とストロマ

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ABC11の機能 (Protein disulfide reductase)

Protein SH SH

Protein

S

S

O2

S

S ABC11

SH SH

ABC11

H2O H2N CH C

CH2

OH

O

S S

CH2

CH

CHO NH2

O

H2N CH C

CH2

OH

O

SH

NH2CHC

CH2

HO

O

SH

9

ABC11ホモログ

0.1

Rice

Maize

Wheat

PotatoTomato

CYO1

Pine

Spruce Medicago

Soybean

Poplar

0.1

Poplar

CYO1

Rice

Maize

Wheat

Potato

Tomato

Pine

Spruce

Medicago

Soybean

Spruce!

Pine!

Medicago!Soybean!

Poplar!

シロイヌナズナ!

Tomoto! Potato!

Rice!

Maize!

Wheat!

Poplar!

シロイヌナズナ!

Rice!

Maize!

Wheat!

Potato!

Tomato!

Pine!

Spruce!

Medicago!

Soybean!

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Control ABC11 高発現

11

光強度と光合成速度

光強度

光合成速度

12

ABC11高発現イネの光合成

光合成速度

光強度

野生型

高発現イネ

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ABC11高発現イネのバイオマス

Con

trol!

#1

#2

#3

#4

Dry

wei

ght (

g)

Rel

ativ

e ex

pres

sion

of ABC11

14

ABC11高発現シロイヌナズナ

←コントロール

←ABC11高発現

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ABC11高発現シロイヌナズナの光合成

光合成速度

光強度

野生型

ABC11高発現シロイヌナズナ

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ABC11高発現シロイヌナズナのバイオマス 乾燥重量 (m

g)

* **

コントロール ABC11高発現体

(n = 5, *P < 0.05, **P < 0.01, by t-test)

0

1

2

3

4

5

6

7

17

ABC11高発現シロイヌナズナ

コントロール ABC11高発現株

10日間暗所処理

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想定される用途

•  バイオマスエタノールの原料となる植物の育種

•  バイオマスプラスチックの原料となる植物の育種

•  バイオマス増加樹木の育種

　　　　　　　　　　　　　　　　　等

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実用化に向けた課題

•  現在，シロイヌナズとイネでバイオマス上昇が確認されているが，その他の有用植物での有用性は未確認である。

•  ABC11高発現による種子等の増産についてはプロモーターの改変等を行い，現在解析中。

•  実用化に向けて、各国がNBTで育種された植物をどのように扱うかが注目される。

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企業への期待

•  植物バイオマスに関する技術や事業を行っている企業との共同研究を希望。

•  カーボンオフセットに興味を持たれている企業には，本技術導入が有効と思われる。

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本技術に関する知的財産権

• 発明の名称 ：未公開特許 • 出願人 ：広島大学 • 発明者 ：島田裕士，坂本敦

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お問い合わせ先

広島大学

産学・地域連携コーディネーター　田井　潔

ＴＥＬ 082-257-5427

e-mail ktai  @hiroshima-u.ac.jp