光合成増強でイネの収量3割増加、東北大学と岩手大学などが成功

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東北大学の牧野周教授らの研究グループは岩手大学と国際農研との共同研究で、遺伝子組み換えイネを用いて、窒素肥料の使用量を変えずに玄米収量を最大28%増加させることに成功。高い窒素利用効率と光合成の機能改善による穀物の収量増加は、これが世界初の実例という。

急激な人口増加によって、世界的な食糧危機が懸念されている。一方、1960年代にイネやコムギの主要穀物から、「緑の革命」と呼ばれる小型品種(短稈種)の開発に成功し、多量の窒素施肥に依存した増収が図られてきた。しかし、多量の窒素施肥は、環境汚染の原因となり大きな社会問題となっている。窒素肥料の使用量を変えずに高い収量を示す穀物作出が求められていた。

今回、能登ひかりという稲品種に対して遺伝子組換え技術を用い、炭酸ガス同化を担う光合成酵素ルビスコが約1.3倍量に増強されたイネ(ルビスコ増強イネ)を作出。2016年から2019年までの4年間、東北大学の「遺伝子組換え植物隔離ほ場」で栽培試験を行った。

その結果、親品種の能登ひかりと比較して、ルビスコ増強イネの玄米収量が17%から28%増加した。詳細な解析の結果、組換えイネの葉のルビスコ量とその活性が増加し、それに伴い光合成速度の向上が観察された。この光合成機能の改善が、組換えイネの登熟歩合と稔実籾数増加につながり、収量増加に結び付いたことが分かった。

本研究で使用したルビスコ増強イネは、遺伝子組換え技術を用いているため、すぐに農業現場に応用できないが、光合成の増強がイネの新品種の開発に応用できることを示した。この成果が、世界的な食糧危機回避と地球環境保全に貢献することが期待される。

論文情報:

【Nature Food】Transgenic rice overproducing Rubisco exhibits increased yieldswith improved nitrogen use efficiency in an experimental paddy field