Pocket K No.17: 遺伝子工学と遺伝子組み換え作物
この50年間、遺伝子工学の分野は、遺伝子のもととなるデオキシリボ核酸（DNA）という化学二重らせんコードがより理解され、急速に発展しました。 遺伝子工学とは、「組み換えDNA技術」を用いて生物の遺伝子を改変するプロセスを指す言葉である。 3553>
優れた農業的特性を発現する植物品種を開発することは、植物育種家の究極の目標である。 しかし、従来の植物育種では、何百万もの交配から特定の遺伝子の組み合わせが得られる保証はほとんどない。 また、望ましい遺伝子と一緒に望ましくない遺伝子も移動する可能性があり、望ましい遺伝子が得られる一方で、両親の遺伝子が混ざり合い、子孫の中で多かれ少なかれランダムに再分類されるため、別の遺伝子が失われることもある。 これらの問題は、植物育種家が達成できる改良を制限する。
対照的に、遺伝子工学は、望ましい農業形質を得るために、近縁または遠縁の生物間で、関心のある1つまたはわずか数個の遺伝子を直接移転することを可能にする(図1)。 すべての遺伝子工学技術が、他の生物からDNAを挿入するわけではありません。 3553>
Figure 1.植物も、自分自身の特定の遺伝子を取り除いたりスイッチを切ったりして改変することができる。 従来の育種と遺伝子工学の比較
出典。 農業バイオテクノロジー（A Lot More than Just GM Crops）。 http://www.isaaa.org/resources/publications/agricultural_biotechnology/download/
| Conventional Breeding | Genetic Engineering |
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特定の遺伝子を削除またはオフにすることで植物を変更できる 出典：日本経済新聞社。 アグリバイオテクノロジー（GM作物だけでなく、たくさんのことができる）。 http://www.isaaa.org/resources/publications/agricultural_biotechnology/download/.
遺伝子は、明確な形質または特性をコード化するDNAの分子です。 例えば、特定の遺伝子配列が、花の色や、植物が病気と闘う能力、あるいは極端な環境下で成長する能力を担っています。 何千年もの間、遺伝子はある生物から別の生物へと移動してきた。 例えば、「自然自身の遺伝子工学者」として知られる土壌細菌、アグロバクテリウム・ツメファシエンスは、植物を遺伝子操作する自然な能力を持っている。 この細菌は、リンゴ、ナシ、モモ、サクラ、アーモンド、ラズベリー、バラなど、広葉樹の幅広い植物に冠状出血を引き起こす。 この病気は、植物の冠の部分、ちょうど土の高さのところに大きな腫瘍のような腫れ物ができることから、その名前が付けられた。 基本的には、細菌がそのDNAの一部を植物に移し、このDNAが植物のゲノムに統合され、腫瘍の生成とそれに伴う植物の代謝の変化を引き起こします。すなわち、導入される形質が作物の生殖質に存在しない場合、その形質を従来の育種法で改良することが非常に困難な場合、および従来の育種法で作物にその形質を導入および／または改良するのに非常に長い時間がかかる場合である（図2参照）。 遺伝子操作によって開発された作物は、一般にトランスジェニック作物または遺伝子組換え（GM）作物として知られています。
現代の植物育種は、従来の育種技術、バイオインフォマティクス、分子遺伝学、分子生物学、および遺伝子工学の多くのツールや要素が利用され統合された、学際的かつ連携したプロセスです。
図 2: 現代の植物育種
Source。 DANIDA, 2002.
トランスジェニック作物の開発
遺伝子工学には多くの多様で複雑な技術がありますが、その基本原理は合理的に単純なものです。 遺伝子組換え作物の開発には、大きく分けて5つの段階があります。 しかし、どのステップにおいても、生化学的、生理学的な作用機序、遺伝子発現の調節、利用する遺伝子および遺伝子産物の安全性などを知ることが非常に重要である。 遺伝子組み換え作物が商業利用される前であっても、厳格な安全性とリスク評価手続きを経なければならないのです。 第2段階は、抽出したDNA全体から目的の遺伝子を分離する遺伝子クローニングで、その後、クローン化した遺伝子を宿主細胞で大量生産する。 クローン化された目的の遺伝子は、宿主植物内で制御され、適切に発現するように設計され、パッケージングされる。 そして、この改変された遺伝子を宿主細胞内で数千個単位で大量生産する。 遺伝子パッケージの準備ができたら、形質転換と呼ばれるプロセスを通じて、改変される植物の細胞内に導入することができる。 植物細胞への遺伝子導入には、遺伝子銃を用いた生物学的形質転換やアグロバクテリウムを介した形質転換が一般的に用いられている。 挿入された遺伝子が安定し、遺伝し、後世代で発現するようになれば、その植物はトランスジェニックとみなされる。 遺伝子組換え作物は、重要な農学的形質を有する品種と交配し、挿入された遺伝子を所望の方法で発現する高品質の植物を得るために選抜される。 3553>
遺伝子操作によって改良された商業的に利用可能な作物
1996年から20年間、さまざまな国で遺伝子組み換え作物が植えられてきた。 除草剤耐性ダイズ、トウモロコシ、ワタ、カノーラ、昆虫耐性トウモロコシ、ワタ、ジャガイモ、コメ、ウイルス耐性カボチャ、パパイヤなど、市場価値の高いトランスジェニック作物が2018年に約1億9170万ヘクタール作付けされました。 遺伝子組み換えでは、1つの植物に複数の形質を組み込んだり、積み重ねたりすることができる。 複合形質を持つトランスジェニック作物も市販されている。 3553>
New and future initiatives in crop genetic engineering
今日まで、商業用遺伝子組み換え作物は作物生産に利益をもたらしてきたが、食品の品質、環境への利益、医薬品生産、非食品作物にもっと直接的に貢献する製品も多数開発中である。 これらの製品の例としては、生物学的ストレスの中でも収量を向上させるトリプルスタック形質のバイオ米、栗枯病に抵抗性を持つバイオ栗の木、バイオ柑橘類の緑化耐性、ベータカロチンを強化したジャガイモ、バイオ強化ソルガム、細菌（ザントモナス）枯病耐性バナナ、Bunchytopウイルス耐性バナナ、耐虫小麦、等があります
- Agricultural Biotechnology in Europe.の項参照。 2003. 作物バイオテクノロジーの将来の発展. イシューペーパー6. http://cms.daegu.ac.kr/sgpark/life&chemistry/future.pdf.
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※2020年3月更新
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