OsPht1;9およびOsPht1;10遺伝子のノックアウトによりイネ（Oryza sativa）穀粒中のヒ素蓄積が減少する

なぜコメの安全性が重要なのか

何十億もの人々、特にアジア地域ではコメは日常的に毎日食べられています。しかし、多くの地域でコメの栽培に使われる水や土壌には、がんやその他の深刻な疾患と関連する有毒元素であるヒ素が含まれています。イネは土壌からヒ素を取り込み、穀粒へ送り込む能力が特に高いため、私たちの日々の一杯のコメがいつのまにか重要な暴露源になり得ます。本研究は、収量や必須栄養素を犠牲にすることなく、穀粒へのヒ素の蓄積を自然に大幅に減らすイネを作る方法を探り、安全な主食への道筋を示します。

ヒ素がコメに入り込む仕組み

水田に存在するヒ素は主に二つの形態で存在し、そのうちの一つであるヒ酸（arsenate）は植物にとって重要な栄養素であるリン酸に非常に似ています。イネは根から土壌中のリン酸を取り込むために特殊なタンパク質による「通路（ゲート）」に依存しています。ヒ酸は外見が似ているため、同じ通路を通って植物内へ入り込むことができます。以前の研究ではこれらの通路の一部を止めることでヒ素の侵入を減らせることが示されましたが、多くの場合それはリン酸欠乏を引き起こし、穀粒収量を大きく低下させました。課題は、ヒ酸は利用するがイネ自身の栄養にとってあまり依存性の高くない通路を見つけることでした。

狙うべき通路を見つける

イネにはPht1と呼ばれる少なくとも13の関連するリン酸通路（輸送体）が存在します。著者らはOsPht1;9とOsPht1;10という二つに注目しました。なぜなら以前のデータは、これらがヒ酸に遭遇したときに強く応答する可能性を示唆していたからです。ヒ酸や低・高リン酸条件にさらしたイネ根での遺伝子発現を調べると、特にOsPht1;10は通常のリン酸条件下でヒ酸が存在するときにオンになることがわかりました。自身のリン酸通路を欠く改変酵母細胞を用いた試験では、OsPht1;9とOsPht1;10の両方が細胞内へのヒ酸取り込みに非常に有効であり、既知の高能力ヒ酸輸送体よりも効率が高いことさえ示されました。

栄養ではなくヒ素をブロックするイネの設計

これらの通路が実際の植物内で何をするかを見るため、研究者たちはCRISPRゲノム編集を用いてOsPht1;9とOsPht1;10の両方が破壊されたイネ系統を作製しました。水耕実験では、これらの二重変異体はヒ酸存在下で通常の植物よりも生育が良く、根が長く耐性が高いことが示されました。測定では、地上部のヒ素含有量が46–66%減少し、根から葉へ水や栄養分を運ぶ樹液（道管液）中のヒ素も最大で3分の1少なくなっていました。重要なのは、典型的なリン酸濃度の下で編集植物はリン酸含量の低下を示さず、他の通路が栄養吸収を容易に補っている一方でOsPht1;9およびOsPht1;10を通るヒ酸の流入だけが大幅に抑えられていることです。

実土でのフィールド試験

実験室の結果は有望でも、現地で確認される必要があります。そこで研究チームは、南中国の二つの場所にあるヒ素汚染土壌で数年にわたり編集イネと通常イネを通期で栽培しました。すべての試験を通じて、OsPht1;9とOsPht1;10の両方を欠く植物は通常のイネと同等の穀粒収量を示し、全体的な生育が損なわれていないことが示されました。それでも全植物中のヒ素は最大62%減少し、穀粒中のヒ素は年や場所によって概ね19–67%減少しました。OsPht1;9またはOsPht1;10のいずれか一方だけを変えた単一遺伝子変異体は一貫した低下を示さず、穀粒へのヒ素流を有意に低減するには両方の通路を閉じる必要があることを強調しています。

より安全なコメに向けての意義

この研究はOsPht1;9とOsPht1;10を、通常の農業条件下でイネのリン酸栄養に必須ではない一方でヒ酸をイネへ導く主要な“弁”として特定しました。両方の遺伝子を編集することで、研究者たちは穀粒中のヒ素蓄積を大幅に減らしながら、通常の収量や主要微量栄養素を維持するイネ系統を作り出しました。外来DNAを導入する遺伝子組換え手法を制限する国が多い中で、これらの在来遺伝子編集ターゲットや同じ遺伝子の自然変異は、育種家が低ヒ素コメ品種を開発する実用的な手段を提供します。長期的には、このような作物はコメを日常の主食とする何百万人もの人々にとっての主要な隠れたヒ素曝露源を減らすのに役立つ可能性があります。

引用: Feng, H., Chen, C., Xu, M. et al. Knocking out OsPht1;9-1;10 genes decreases arsenic accumulation in rice (Oryza sativa) grains. Commun Biol 9, 518 (2026). https://doi.org/10.1038/s42003-026-09741-5

キーワード: コメ中のヒ素, リン酸輸送体, ゲノム編集作物, 食品安全, 稲の育種