「ゲノム編集の手法は、従来の選抜手法と対立すべきではありません。 「これはむしろ新しいツールです」と植物ストレス耐性研究室の所長は強調する 全ロシア農業バイオテクノロジー研究所(VNIISB)のヴァシリー・タラノフ。 – かつて、外科医はナイフを使って手術を行っていましたが、その後、外科医が現れました メス、次にレーザー。手術にはまったく異なる選択肢が利用可能になりました。したがって、遺伝子工学は何かを取り入れて改善できるツールを提供しますが、以前に使用されていたものをすべてキャンセルしたり置き換えたりすることはできません。」
全ロシア農業バイオテクノロジー研究所 (VNIISB) は、植物のストレス耐性に関する研究室を運営しています。その研究は、非生物的および生物的ストレスに対する植物の耐性を決定する遺伝子の探索と、ゲノムの編集という 2 つの主な方向で行われています。栽培植物のストレス耐性を高めるために。科学者の研究分野にはジャガイモや露地野菜が含まれます。
最新技術の特徴と利点は何なのか、それらがどのような成果をもたらすのか、そしてそれらの技術が研究所の科学者によって解決に利用されているロシアの農業生産者のどのような問題について、研究所長のワシリー・タラノフ氏と主任研究員マリーナ・レベデワ氏に話を聞いた。
– 今日、選考プロセスの迅速化の必要性について多くの議論が行われています。ゲノム編集という手法を使えばそれが可能になると考えられています。これは本当です?
V.T.: バイオテクノロジーの手法は、選択を加速するというよりも、科学者の能力を拡張するのに役立つと言ったほうが正しいでしょう。私たちは特定のライフサイクルを持つ植物について話しているので、品種に取り組むプロセスはまだかなり長くなります。
しかし、専門家は、従来の育種法では(不可能ではないにしても)極めて困難だった結果を得ることが可能になります。
ゲノム編集の助けを借りて、経済的に価値のある形質の複雑な残りの部分を変更せずに、品種の特定の特性に直接影響を与える突然変異を意図的に導入することができます。
ML: 伝統的な育種法を使用して、野生のジャガイモの耐性遺伝子を栽培品種に導入したいと想像してください。これを行うために、ブリーダーは特定の文化系統を持つ「野蛮人」との一連の交雑を実行します。問題は、耐性遺伝子とともに他のすべての「野生」遺伝子がその品種に移入されることであり、これは多くの場合非常に望ましくないことです。遺伝子工学では、目的の遺伝子を 1 つだけ取り出して変更することができます。
――ゲノム編集という手法は10年ほど前から知られているにもかかわらず、まだ目立った商業的成果を上げていないという見方もあります。
V.T.: これは完全に真実ではありません。世界の大手育種会社はゲノム編集を利用しており、それを隠していません。しかし、彼らが正確に何をするのか、そしてどのような結果が得られるのかはわかりません。
遺伝子工学的手法を用いて加工された植物を市場に出すのは、伝統的に得られた植物よりも高価であるため、成果は宣伝されない。そして、それがまったく不可能な場合もあります。
同時に、既存の方法を使用して特定の品種を作成するためにゲノム編集が使用されたことを証明することは非常に困難です。
検査中、専門家は生物のゲノム内のマーカー配列を探し、それが存在する場合、その植物は遺伝子組み換えであると認識されます。しかし、ゲノム編集ではゲノムに何も導入されないため、何も見つかりません。
多くの場合、変更は 1 つの遺伝子だけでなく、遺伝子内の特定の場所、文字通り 1 つのヌクレオチド、1 つの文字に影響します。そして、残りの数十億通の手紙はそのまま残ります。植物が編集されたことを判断するには、エラーを排除するために標準よりも 10 倍高い範囲で実際にそのゲノム全体を読み取る必要があります。このような膨大で非常に高価な分析を行う人は誰もいませんし、育種者は常に、突然変異誘発または伝統的な選抜を使用して植物を取得したと言うことができます。
–ML: ゲノム編集全般、特にこれらのテクノロジーを植物に使用する経験は、かなり最近の話です。
特に、機能を変更するには、正確に何を、どのように編集するかを知る必要があるからです。植物の形質は遺伝子、ほとんどの場合遺伝子セットによって決定され、そこから編集に適したターゲットを選択する必要があります。しかし、目的の形質に寄与する特定の遺伝子の機能と制御を解明するには、複雑で、多くの場合、長期にわたる研究が必要です。動物や人間と比較すると、植物の形質(抵抗性や生産性など)の分子機構の多くはよくわかっていないと言えます。同時に、植物ゲノムはより大きく、より複雑になっているため、作業はまったく単純化されません。しかし、植物生物学の基礎研究を通じて多くのことがすでに知られており、これを理解すればするほど、改変の可能性が高まります。
さらに、特定の特性を修正することは可能ですが、市場に新しい品種を導入することは不可能にする方法について話していますが、その作業はある程度加速しているとはいえ、まだ何年もかかります。
– バイオテクノロジー者は遺伝子編集を行いますか?実際の作品の方向性(編集の目的)はどのように決められているのでしょうか?
V.T.: バイオテクノロジー者は、選択した作物の成功した育種家と連携して作業する必要があり、理想的には他の専門生産者も関与する必要があります。ブリーダーは農家と協力して課題を設定し、ブリーダーは適切な遺伝子型の選択を支援します。次に、私たちは生化学者や遺伝学者と相談し、これに基づいて何が提供できるかを考えます(必要な特性は生物学的な観点から必ずしも十分に研究されているわけではありません)。私たちは実際に何ができるかを検討し、作業段階を実行し、結果として得られた系統を育種家に返し、育種家はその結果を品種にもたらします。
– ゲノム編集は高価な技術ですか?
V.T.: 植物を入手するための費用は、作物と、得られた植物が編集されたものであるかトランスジェニックであるかによって異なります。
機器について言えば、ウイルスフリーの材料の取得とマイクロクローニングにすでに取り組んでいる企業にとって、ゲノム編集のための機器と試薬の購入にかかる費用は比較的少額です。このような仕事を開始する際の障害は、圧倒的な投資額ではなく、資格のある人材の不足である可能性があります。このような専門的な仕事を引き受けて実行できる人は非常に少ないです。
コストの話に戻りますが、この分野の技術進歩は非常に速いです。たとえば、2012年にCRISPR/Cas9(細菌の免疫システムに基づいて高等生物のゲノムを編集する技術)が発見されたときのゲノム編集の手法と、私たちが現在持っているゲノム編集の手法は大きく異なります。業務効率は年々向上し、コストは削減されます。
ML: これはヒトゲノム解読プロジェクトに例えることができます。最初のヒトゲノムは、国際コンソーシアムによって 10 億ドルをかけて 2.7 年間かけて解読されました。それは単に、そのような技術が 90 年代に利用可能だったからです。現在、完全なヒトゲノムの解読にかかる費用は 1000 ドル未満で、所要時間は数日です。
– あなたの研究室の話に移りましょう。研究室は基礎科学に重点を置いていますか、それとも応用研究に重点を置いていますか?
V.T.: 私たちは両方をやろうとしています。当初は基礎的なことを優先していましたが、現在はそれを実践に応用することを目指しています。
例えば、現在、私たちはウイルス Y に対するジャガイモの耐性のメカニズムを研究しています。これは多くの基礎的な研究ですが、成功すれば、耐性品種の選択にとって非常に興味深い結果が得られるでしょう。
ML: 基礎科学と応用科学は密接に関連しており、一方が他方なしでは存在できません。ウイルスがどのように植物と、どの特定のタンパク質と相互作用するかが分からなければ、それらを変化させて植物を耐性にすることはできません。
私たちは2018年からウイルスYの研究を行っており、今後数年以内に耐性の公式が得られ、将来的には必要な実際的な結果が得られるという事実に近づきつつあります。つまり、ジャガイモ植物はウイルスタンパク質を合成しません。ウイルスに耐性がつきます。
– ロシアの繁殖会社/ブリーダーと協力していますか?
V.T.: ジャガイモに関しては、私たちは若い育種家のマリア・ポリアコヴァと協力し、ジャガイモ組合の専門家と積極的にコミュニケーションをとり、ジャガイモの名を冠したジャガイモ連邦研究センターとの連絡を維持しています。 A.G.ロルハ。キャベツに関しては、ロシア国立農業大学-モスクワ農業アカデミーにちなんで名付けられた育種家や種子生産者と交流しています。 K.A.グリゴリーとソクラテスのモナコスによるティミリャゼフ。そして、私たちがこの分野で行うことにおいて、私たちは完全に彼らに導かれています。
–そしてまたウイルスについて。マリーナ・ヴァレリエヴナ、あなたの科学的関心の範囲にはウイルスだけではありません Y。 2023 年に、ロシア科学財団から「ハイスループット シーケンシング法を使用した栽培ジャガイモ (Solanum tuberosum L.) のウイロームの研究」プロジェクトに関する研究を実施する助成金を受け取りました。なぜこのトピックが興味深いのでしょうか?
ML: ジャガイモは栄養繁殖するため、他の多くの植物よりもかなりウイルス性疾患に悩まされています。ウイルスは塊茎に蓄積し、次の世代に受け継がれるため、ウイルス量は常に増加します。ジャガイモが退化していると言われるとき、これはまさに私たちが話していることです。
ウイルスは不活性なシステムではなく、宿主植物および相互作用の両方と積極的に相互作用します。ある特定のウイルスですでに病気になっている植物が別のウイルスに感染できない場合があります。また、単独では植物に感染できず、他のウイルスと協力してのみ作用するウイルスも存在します。つい最近、植物が干ばつを生き延びるのを助けるウイルスの形態を説明した研究が発表されました。寄生主義から共生主義へのそのような予期せぬ移行。
ジャガイモのウイルス病と戦う有効な化学薬品はありません。その健康を改善するために、非常に複雑で、最も重要なことに、高価な方法が開発されました。それは、体外培養を通じてマイクロチューバーを取得することです。しかし、その結果は数世代しか持続しません。他の解決策を見つけるには、ウイルスの特性をより詳細に研究する必要があるため、この研究は非常に重要です。
– GOST 33996-2016 「ジャガイモの種をまきます。品質を判断するための技術的条件と方法」 XNUMX つのウイルスがリストされています (PVK - X ジャガイモ ウイルス、SBK - S ジャガイモ ウイルス、MVK - M ジャガイモ ウイルス、YBK - Y ジャガイモ ウイルス、VSLK - カール ウイルス) ジャガイモ)と 1 つのウイロイド(PSTV – ジャガイモ紡錘塊茎ウイロイド)。それらに焦点を当てますか?
ML: 私のプロジェクトは、ハイスループットな方法を使用して、ロシアのジャガイモに存在するウイルス(ウイルスの集合体)を研究することを目的としています。これは、1 つの植物でさまざまなウイルスのどのような複合体が見つかるかという観点からも、これらのウイルスの蔓延という観点からも興味深いものです。
ジャガイモに含まれるウイルスは合計 50 以上が世界中で知られています。 GOSTにリストされているものは最も危険なもののXNUMXつであり、さらに、明確な外部の兆候があります。したがって、モザイク壊死はウイルス Y 感染の一般的な症状であり、葉巻病ウイルスの存在は葉身の特徴的な変形によって判断できます。
しかし、作物に影響を与える可能性はあるものの、表現型として現れないウイルスも数多く存在します。それらはめったに発見されませんが、それは単に探されないからです。
例として、全ロシア植物防疫研究所 (VIZR) の同僚の研究を挙げることができます。 2019年にロシアでジャガイモウイルスPの発見に関する記事を発表したが、以前はジャガイモウイルスPは南米のみに分布していると考えられていた。
問題は、明るい「街灯の下」ではなく、まだ見ていないところを見てみたら、何を発見するだろうかということです。
– 研究はどこで行うのですか?
ML: 助成金の条件によれば、プロジェクトには2年かかります。昨年、私たちはトゥーラ地域のジャガイモ農場と協力し、材料を収集し、さまざまな品種と複製に取り組みました。今年は他の地域に行き、そこでどのようなウイルスが見つかるかを調べます。
研究結果は2025年にまとめられ、ロシアのジャガイモ生産者に必ず伝えるつもりだ。