今日の話題
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化学と生物 Vol. 51, No. 4, 2013
カドミウムフリー米の開発
イオンビームによる重金属トランスポーターの変異
日本の四大公害病の一つに富山県神通川流域で発生し た「イタイイタイ病」がある．これは，鉱山の精錬に伴 う未処理廃水の放出によって神通川が汚染され，その水 を水田や飲用水に使用したことで，高濃度のカドミウム
（Cd） が体内に蓄積して発症した．そのため，わが国で は1970年に「玄米中にCdとして1.0 mg/kg以上含有し てはならない」とする規格基準を食品衛生法によって定 めた．その一方，玄米で1.0 mg/kg以上を産出する地域 では，土壌の入れ替えによる農地の復元（客土）事業が 開始された．2012年3月，富山県神通川流域において33 年に及ぶ客土事業が終了したというニュースは記憶に新 しいが，いまだ客土事業が完了していない地域が日本各 地に残されている．加えて，玄米と精米に含まれるCd 濃 度 の 規 格 基 準 は0.4 mg/kg以 下 に 引 き 下 げら れ た
（2011年2月施行）．それゆえ，コメのCd濃度を大幅に 減らす画期的な技術の開発が待たれている．
玄米にCdを蓄積しない水稲の開発は，生産現場から 最もニーズの高い低減技術の一つである．玄米のCd濃 度には大きな品種間差異があることはよく知られてい る（1） が，コシヒカリなどの日本で栽培されている多く の品種は，最もCd濃度が低い部類に属するため，交配 によって新たな低Cd品種を育成するにも，そのための 遺伝資源が存在しない．さらに，低Cdでありつつ，良 食味でないと消費者には受け入れてもらえない．そこ で，筆者らの研究グループは元の良質な形質を損なうこ となく，目的とする特性をピンポイントで改変できるイ オンビーム育種に着目し，低Cdコシヒカリの開発に取 り組んだ．ここではその全容について紹介したい（2）．な お，イオンビームとは何か，またイオンビームによる育 種例に関して，ここでは割愛する．文献3, 4を参照され たい（3, 4）．
日本原子力研究開発機構高崎量子応用研究所のAVF サイクロトロンにて，日本で最も普及しているコシヒカ リにイオンビーム照射を実施した．コシヒカリの種子に 炭素イオン （12C6＋） を照射し，照射後の種子 （M1） を栽 培して得られた第2世代の種子 （M2） をCd汚染土壌に 播種した．約3,000個体を栽培し，その各々の玄米Cd濃 度 を 測 定 し た と こ ろ，コ シ ヒ カ リ の 玄 米Cd濃 度
（1.7 mg/kg） をはるかに下回る0.05 mg/kg以下の変異 体を3個体（lcd-kmt1, lcd-kmt2, lcd-kmt3と命名）見つ けることに成功した．次に，水耕栽培した低Cd変異体 の根のCd濃度を測定したところ，コシヒカリよりも著 しく低かった．植物の必須元素も同時に測定したとこ ろ，根と茎葉部のマンガン濃度が低Cd変異体で著しく 低かった．それゆえ，Cdはマンガンと同じ輸送システ ムで根に吸収されることが予想された．低Cd変異体を Cd濃度の異なる農地（土壌中のカドミウム濃度：0.35
〜 1.4 mg/kg）で栽培し，現地での適応性を確認した．
図1はコシヒカリと低Cd変異体の代表としてlcd-kmt1 の玄米Cd濃度を示したものである．コシヒカリの玄米 Cd濃度は，どの農地でも0.4 mg/kgを超えたが，lcd- kmt1（lcd-kmt2とlcd-kmt3も同様）は基準値を大幅に クリアし，ほぼCdフリーとなった．形態的特徴や収量 などの農業形質および食味は，lcd-kmt3を除けば，コシ ヒカリ同等であり，イオンビームの特徴である有用な形 質に変化を与えることなく，目的とする特性をワンポイ ントで改良することに成功した．
重金属は，主にトランスポーターと呼ばれる膜輸送タ ンパク質を経由して運ばれ，それは遺伝子によって制御 されている．筆者らはマップベースクローニング法（遺 伝地図をもとにDNAマーカーで候補染色体領域を絞り 込み目的遺伝子を特定する手法）を用いて，低Cd変異 体の原因遺伝子を特定することに成功した．原因遺伝子
図1■3カ所の農地で栽培したときの玄米Cd濃度
*NDは定量下限値以下 （＜0.01 mg/kg）
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である は，細胞膜上に存在する重金属トラ ンスポーターをコードする． は構造上，12 個のエキソン（アミノ酸に翻訳される部位）と11個の イントロン（アミノ酸に翻訳されない部位）から成り 立っている．興味深いことに，得られた3つの変異体は すべて，この構造遺伝子に変異が挿入されていたが，変 異の挿入に大きな違いが見いだされた．lcd-kmt1では の第10エクソンの末端領域にmPingA1と 呼ばれるトランスポゾン（転位因子）が挿入されていた が，lcd-kmt2では同遺伝子の第9エクソンに一塩基の欠 損が生じていた．lcd-kmt3では を含む12 個の遺伝子の欠損が認められた．これらの変異により，
トランスポーターとしての機能が失われ，Cdの吸収が 抑制されることがわかった（図2）．
低Cdの変異遺伝子をほかの品種に導入し，新たな低 Cd品種を作出することも可能である．その際，DNA マーカーは有効なツールになりえる．lcd-kmtの
はイオンビームで人為的に変異したため，上述 のようにコシヒカリやほかの品種とは異なる塩基配列を もつ．その塩基配列の違いは個体を識別する際の目印
（マーカー）となるため，このマーカーを使えば，効率 的に低Cd遺伝子をもつ個体を選抜できるようになる．
たとえば，Aという品種を低Cdに変えたいとする．そ の場合，A品種とlcd-kmtを交配し，雑種第1代 （F1） を 作る．F1は両親の遺伝子をすべてヘテロでもつため，
さらにA品種を繰り返し戻し交配し，低Cd遺伝子をホ
モ型でもつ個体のみをDNAマーカーで選抜する．そう することで，低Cdの性質をもち，そのほかの性質はA 品種と全く同じという新たな低Cd品種を短期間に作る ことができる．Cd摂取による健康被害リスクを最小限 にするためには，日本のみならず，世界中のイネ品種に この低Cd遺伝子を入れることが望ましい．
1） T. Arao & N. Ae : , 49, 473 （2003）.
2） S. Ishikawa, Y. Ishimaru, M. Igura, M. Kuramata, T. Abe, T. Senoura, Y. Hase, T. Arao, N. K. Nishizawa & H.
Nakanishi : , 109, 19166
（2012）.
3） A. Tanaka, N. Shikazono & Y. Hase : , 51, 223 （2010）.
4） 田中 淳：放射線と産業，132, 30 （2012）.
（石川 覚，農業環境技術研究所）
プロフィル
石 川 覚（Satoru ISHIKAWA）
＜略歴＞1992年山形大大学農学部農芸化 学科卒業／1997年岩手大学大学院連合農 学研究科博士課程修了（博士（農学））／同 年科学技術振興事業団特別研究員／1998 年国際半乾燥熱帯作物研究所（インド）特 別研究員／2000年日本学術振興事業団特 別研究員／2002年農業環境技術研究所任 期付研究員／2006年同研究所主任研究員，
現在に至る＜研究テーマと抱負＞作物の生 産性と食の安全，特に発展途上国における 作物生産性の向上と安全な食糧の供給をど う両立させるか＜趣味＞楽天イーグルスの 応援，息子のドッジボール観戦，テニス，
スキー
図2■低CdコシヒカリのCd吸収抑 制機構
低Cdコシヒカリはイオンビーム照射 によってOsNRAMP5タンパク質が 変異したため，Cd吸収能を失った．
