トウモロコシの形質転換効率が7倍に！新技術「GGBシステム」がもたらす植物機能ゲノミクスの未来 : crisp

トウモロコシをはじめとする主要作物の遺伝子導入や組織培養は、これまで多くの研究者にとって大きな技術的ハードルとなっていました。今回、コールド・スプリング・ハーバー研究所（CSHL）のDavid Jackson教授とラトガース大学ワックスマン研究所の Andrea Gallavotti教授が率いる研究チームが、従来の7倍という驚異的な効率でトウモロコシを再生させる新手法「GGBシステム」を発表しました。

1. トウモロコシ形質転換の課題と「GGBシステム」登場の背景

植物遺伝学や機能ゲノミクス研究において、遺伝子導入（形質転換）は欠かせない基盤技術です。トウモロコシにおいても形質転換自体は可能となっていましたが、従来の組織培養法は多大な時間と専門的な技術を要する上、品種依存性（特定系統以外での再現の難しさ）や再生成長時の障害といった課題を抱えていました。

特に大規模な商業用プラットフォームを持たないアカデミアの研究室においては、「迅速・簡便・高効率に安定的な形質転換体を獲得できるプロトコル」の確立が長年強く望まれていました。

2. 新手法「GGBシステム」の仕組みと驚異的な効率

今回開発されたGGBシステムは、2つの異なる形態形成制御因子を融合させた新手法です。

コムギ由来 GRF4-GIF1 キメラ遺伝子
トウモロコシ由来 BABY BOOM (BBM) 転写因子

この2つの頭文字（GRF-GIF ＋ BBM）をとって「GGBシステム」と名付けられました。研究チームはこれらを1つのベクターに組み込み、改良型QuickCornプロトコル [＊] と組み合わせることで、未熟胚（B104系統など）からの再生成能を劇的に向上させることに成功しました。
[＊] "Agrobacterium-Mediated Immature Embryo Transformation of Recalcitrant Maize Inbred Lines Using Morphogenic Genes" Masters A [..] Kan Wang. J Vis Exp. 2020-02-14. https://dx.doi.org/10.3791/60782

主な数値データと成果

効率の飛躍的向上：単一の制御因子（GRF4-GIF1のみ、またはBBMのみ）を用いた場合と比較して、約7倍高い形質転換効率を達成。
大幅な期間短縮：遺伝子導入から形質転換された幼植物体の再生まで、わずか約2ヶ月という短期間で完了。

3. 実験・管理面における3つの画期的なメリット

GGBシステムは、単に効率が高いだけでなく、実験室での取り扱いやすさや安全性においても優れた特長を備えています。

① 発生異常が少なく「制御因子の除去」が不要

従来のWUS2-BBMシステムなどでは、過剰発現による発生異常（多芽化や不稔など）を防ぐために、植物体再生後に制御因子を切り出す（除去する）複雑な工程が必要でした。しかしGGBシステムでは、両因子の発現が植物の正常な生育に悪影響を及ぼさないため、再生後に遺伝子を除去する必要がありません。

② 花粉伝達の抑制による「環境拡散防止」効果

興味深いことに、花粉（雄性配偶子）を介したGGBコンストラクトの次世代への伝達が著しく抑制されることが確認されました。これにより、組み換え遺伝子が意図せず周囲へ拡散するリスクを低減でき、野外実験や管理体制における安全性の向上（封じ込め）に寄与します。

③ ゲノム編集やレポーター系統作出への高い応用性

CRISPR-Cas9によるゲノム編集にも円滑に利用可能なことが、標的遺伝子の高効率なゲノム編集と、蛍光レポーター系統の作出にて、実証されました。

4. 葉からの再生促進と「培地成分」の新たな発見

GGBシステムで安定形質転換された植物体は、本来は組織培養・再生が困難とされる「葉組織」からも体細胞胚形成を介して高い再生能力を示すことが見出されました。

さらに、研究チームがGGB導入葉の培養系を用いて経時的なRNA-seq（トランスクリプトーム解析）を行ったところ、再生プロセスを分子レベルで促進する追加因子が特定されました。この解析結果に基づき、培養培地に「アスパラギン」と「トレハロース」を添加したところ、葉組織からの再生が著しく促進されることが実証されました。

5. まとめ：研究室での機能ゲノミクス・ゲノム編集のこれから

このように、従来の手法で課題となっていた遺伝子導入や組織培養のボトルネックを打ち破る画期的な成果が得られました。GGBシステムの登場により、今後は学術研究室におけるトウモロコシの機能ゲノミクスやゲノム編集研究のさらなる加速が期待されます。

出　典

"The combination of morphogenic regulators BABY BOOM and GRF-GIF improves maize transformation efficiency and promotes leaf regeneration" Zongliang Chen (1, 6), Jiaqi Zhou (2, 6) [..] David Jackson (2, 7), Andrea Gallavotti (1, 5, 7). New Phytol. 2026-08-17. https://doi.org/10.1111/nph.71508

Waksman Institute of Microbiology, Rutgers University, Piscataway, NJ, 08854-8020, USA.
Cold Spring Harbor Laboratory, Cold Spring Harbor, NY, 11724, USA.
Department of Plant Sciences, University of California Davis, Davis, CA, 95616, USA.
Howard Hughes Medical Institute, Chevy Chase, MD, 20815, USA.
Department of Plant Biology, Rutgers University, New Brunswick, NJ, 08901, USA.
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