東大、カドミウム濃度を従来より50%低下させた米の作出に成功

　

　東京大学は、イネの体内において、カドミウムを種子(コメ)へ輸送する役割を担っている遺伝子を発見し、この遺伝子の発現を抑制することで、コメに含まれるカドミウム濃度を約50%低下させることに成功したことを発表した。同成果は同大大学院農学生命科学研究科 応用生命化学専攻の藤原徹 教授および同 浦口晋平氏(日本学術振興会特別研究員PD)らによるもので、「米国科学アカデミー紀要(Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America:PNAS)」に掲載された。

　カドミウムは、イタイイタイ病の原因物質であり、人体に有害な重金属の1つだが、日本人のカドミウム摂取量は世界の中でも高く、摂取量の約半分がコメに含まれるカドミウムに由来する。カドミウムを多く含むコメを摂取し続けることは、人体に長期的な悪影響を与えると懸念されることから、コメのカドミウム含有量を低下させることが求められていた。

　イネは、土壌中のカドミウムを根から吸収し、導管を介して地上部へ輸送。導管中を輸送されてきたカドミウムは、「節」といわれる維管束のジャンクションのような組織において、篩管へ移し替えられ、種子に輸送されると考えられてきたが、どうやって篩管へ移し替えられるかは分かっていなかった。

　研究グループは、カドミウムの少ないコメを生産できるイネの品種の開発へ向けて、イネがカドミウムを種子(コメ)へ輸送する仕組みを分子レベルで理解するための研究を進めてきており、今回の発表はその成果の一端を示すものとなる。今回の発表では、OsLCT1という陽イオンのトランスポータが種子へのカドミウム輸送に重要な役割を果たしていることを明らかにし、遺伝子の発現を抑制することで、玄米に含まれるカドミウムを約半分に低下させることに成功した。

　OsLCT1は細胞膜上に存在し、カドミウムなどの陽イオンを細胞内から細胞の外に輸送する活性をもつタンパク質であることが判明した。OsLCT1遺伝子の発現が抑制されたイネでは、カドミウムの導管を通じた輸送に違いは見られなかったが、篩管を通じた輸送は低下し、その結果として、玄米のカドミウム濃度がおよそ半分程度に低下していることが確認された。

　OsLCT1遺伝子は、イネの穂が実る時期に葉や節で強く発現しており、とくに最上位節の分散維管束に強く発現していた。これらの結果から、OsLCT1は最上位節でのカドミウムの維管束間の移行に関与し、結果として種子(コメ)へのカドミウム輸送に機能していることが示されることとなったほか、葉においては、葉に一度蓄積されたカドミウムが再び種子に運ばれる際にOsLCT1が関与していることも示された。

　OsLCT1は、有害な重金属類であるカドミウムの篩管輸送に関わる輸送体として初めての発見だという。OsLCT1遺伝子の発現抑制は、玄米のカドミウム濃度は低下させるものの、イネの生長や収量には負の影響を及ぼさないことも確認されており、今後、この遺伝子に変異を持つ系統を育成することで低カドミウム米品種を確立・実用化できる可能性があり、有望な遺伝子となることが考えられると研究グループでは説明している。

　(A)コントロール株とOsLCT1抑制株の玄米。カドミウムを特異的に染色する方法で処理すると、コントロール株よりもOsLCT1抑制株においてより染色が薄いことから、玄米に含まれるカドミウムがOsLCT1抑制株の玄米では少ないことを示す。(B)イネのカドミウム輸送のメカニズムとOsLCT1の役割。根から吸収されたカドミウムは茎の導管を通って地上部へ輸送される。カドミウムは節において、葉につながる維管束(導管輸送)か、より上位の節・穂へつながる維管束(篩管輸送)に分配される。また、葉(葉身)からは篩管輸送によってある程度のカドミウムが再転流される。OsLCT1は葉身と節に強く発現し、穂(コメ)へのカドミウムの輸送を担っていることが示された。図中では、葉身からのカドミウム再転流と、最上位節から穂(コメ)へのカドミウム輸送がOsLCT1抑制株では低下していることを赤矢印(破線)で示している