理化学研究所、カビ毒の解毒能力をもつ組換えトウモロコシの作出に成功
カビ毒を解毒する世界初のトウモロコシを作出
－ 家畜の飼料穀類の汚染問題などの解決に糸口 －
◇ポイント◇
・カビから単離した解毒酵素の遺伝子を導入して作出
・低めの水分、温度でも解毒活性は落ちない
・毒素吸着剤、解毒剤など手間やコストのかかる処理が不要に
独立行政法人理化学研究所（野依良治理事長）は、家畜に生殖障害などをもたらすカビ毒（マイコトキシン（※１））を解毒する能力をもつ組換えトウモロコシの作出に成功しました。これは、カビ毒による飼料穀類の汚染を解決するため、ラクトン環（※２）を分解する遺伝子を利用したもので、理研中央研究所（茅幸二所長）微生物代謝制御研究ユニットの木村真ユニットリーダーと、第１期植物科学研究センター（杉山達夫センター長：当時）レメディエーション研究チームの山口勇チームリーダー（当時：現独立法人農薬検査所理事長）らによる研究成果で、生物系特定産業技術研究支援センター基礎研究推進事業「天然環境毒素による重要穀類の汚染低減化にむけた技術創成」の成果の一環でもあります。
カビには有用な種もありますが、家畜や人間に有害なカビ毒をムギやトウモロコシなどの主要穀物にため込んで大きな問題を引き起こす種も多く存在します。近年、欧米のみならず東南アジアなどの発展途上国を含む世界的な課題として、畜産業における飼料穀物のカビ毒汚染に起因する家畜の生理障害が深刻な問題であることが認識されてきています。問題に対処するため日本でも様々なカビ毒検査キット、カビ毒吸着剤、解毒剤が市販されるようになってきました。特に穀物にはびこる赤カビがつくる「ゼアラレノン（※３）」というマイコトキシンは、家畜に外陰部肥大などのエストロゲン様作用（※４）をもたらす主要なカビ毒として知られています。研究ユニットらは、環境中で拮抗して生きている別のカビから単離したラクトン環を分解するゼアラレノン解毒酵素遺伝子「ｚｈｄ１０１」を導入した組換えトウモロコシを作出しました。このトウモロコシは、カビが感染して毒素をためる穀粒で十分な解毒能力があることを示しました。家畜をカビ毒から守る実用穀類となる成果で、世界で初めての報告となります。将来的には手間と費用のかからない飼料のカビ毒対策として役立つことが期待されます。
本研究成果は、米国の科学雑誌『Ａｐｐｌｉｅｄ ａｎｄ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ Ｍｉｃｒｏｂｉｏｌｏｇｙ』３月号に掲載予定です。
１． 背 景
カビは様々な二次代謝産物を生産しますが、このうちムギやトウモロコシなどの重要穀類に感染し、それを摂取した人や家畜の健康を損なわせるカビ毒をマイコトキシンといいます。特に畜産業に用いられる飼料用穀物は、食糧とは異なり栽培や保存コストをかける訳にはいかないため、感染防除に力が及ばずカビ毒の混入によって家畜が健康を害することが多々あります。近年、欧米のみならず東南アジアなどの発展途上国を含む世界的な課題として、畜産業における飼料穀物のマイコトキシン汚染に起因する家畜の生理障害が深刻な問題であることが認識されはじめています。日本でもこの問題に対処し、様々なカビ毒検査キット、カビ毒吸着剤、解毒剤が市販されるようになりました。
ムギやトウモロコシなどの主要穀物に感染するアカカビ（ムギ類赤かび病菌：Ｆｕｓａｒｉｕｍ ｇｒａｍｉｎｅａｒｕｍ：フザリウム グラミネアルム）が作る「ゼアラレノン」というマイコトキシンは、家畜に外陰部肥大などのエストロゲン様作用をもたらし、死産や流産などを起こす可能性があり、特にブタに対して影響が大きいカビ毒です。このカビ毒を発生するアカカビは、カビの防除が難しく、またマイコトキシンの蓄積が必ずしも病兆の程度とも一致しないことから世界的に大きな問題となっています。日本でも米国産飼料用穀類から農水省が決めている規制の暫定許容値を超すゼアラレノンが検出され、検査体制の強化や保存・保管方法の改善が必要とされていますが、そのためには手間と費用が問題ともなります。
２． 研究手法と成果
ゼアラレノンは温血動物に対するエストロゲン活性以外に、カビの成育に対して静菌的※５に作用する活性を持ちます。環境中のカビの中にはこのような作用に拮抗する、ゼアラレノンのラクトン環部分を分解／脱炭酸して解毒する酵素を持つものがいます。当チーム・ユニットでは、Ｃｌｏｎｏｓｔａｃｈｙｓ ｒｏｓｅａ （クロノスタチス ロゼア）というカビから単離したラクトン環分解酵素遺伝子（解毒酵素遺伝子 ｚｈｄ１０１）を飼料用穀類として重要なトウモロコシにパーティクルガン法（※６）によって導入し、このトウモロコシがマイコトキシン混入によって生じる汚染を軽減することができるかどうかを調べました。
はじめに遺伝子導入によって得られた形質転換体の中から、遺伝子が単一コピー導入され、安定に受け継がれ、発現のみられるものを選抜しました。このトウモロコシ系統を自家受粉して Ｔ３ （※７）世代まで育て、形質が安定にホモ固定されたことを確認し、この子孫を用いてゼアラレノンの解毒能力を調べました。
具体的には、自然の５００倍以上となる高濃度のゼアラレノンで人工的に汚染させた種子を使って調べたところ、解毒遺伝子を入れた組換え体では種子の胚、胚乳、表皮いずれの部分でも飛躍的にカビ毒が低減化されていることがわかりました（図１）。 また、酵素活性にとって不利な極端に低い水分活性（※８）や低めの温度という条件下でも調べました。すると、これらの不利な条件でも解毒活性が低下することなく、比較的落ち難い特性を有することがわかりました（図２）。さらに、収穫後のトウモロコシ種子に実際にアカカビを接種し、ゼアラレノン量を測ってみたところ、解毒遺伝子を入れていないトウモロコシではカビ毒が検出されるのに対し、作製した組換えトウモロコシからは全く毒素が検出されませんでした（図３）。
組換え穀類の実用化研究が進んでいる米国では、フモニシンというマイコトキシンの解毒酵素遺伝子を導入した組換えトウモロコシについて研究を行なっていますが、解毒酵素とカビ毒との組織分布や酵素活性、安定性の問題などをクリアーしたという報告は出ていません。このため、今回の成果は、家畜をカビ毒から守る実用穀類としては世界で初めての報告となるものです。
３． 今後の期待
今後は実験室内試験だけではなく、実際の圃場に栽培してカビ毒蓄積量を測定すると同時に、組換え体承認のために法律で定められた一定の試験データをとる必要があります。組換え穀類に対する社会的な拒否反応を考えると、人が口にするものではなかなか受け入れ難いかも知れないので、現時点ではまず、ブタに食べさせ続けてその子孫がどうなるかを調べれば、将来的には手間と費用のかからない飼料のカビ毒対策として役立つことが期待されます。
（問い合わせ先）
独立行政法人理化学研究所
中央研究所 微生物代謝制御研究ユニット
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