科学研究 - 通过基因编辑一年完成品种改良，让农作物适应地球变暖

随着人口增长和地球变暖，未来可能会出现粮食危机。农作物品种改良技术的创新有助于避免粮食危机。如果一年就能培育出拥有野生植物般顽强生命力、可以抵御干旱和肥料不足的“超级农作物”，那么即使气候剧烈变化，也能稳定收获粮食。该技术也许会支撑起人类2050年的餐桌。

粮食危机是一个全球性的课题。据日本农林水产省预测，2050年的粮食需求量将达到2010年的1.7倍。如果随着经济发展，农田的单产增加，预计谷物的产量将以与粮食需求量以相同的速度增长。但随着地球变暖加剧，预计发生洪水和干旱等灾害的风险也会升高。如果不开发能应对地球变暖的农作物，就可能无法提高农作物产量。

要想快速开发出能应对地球变暖等的品种，必须进行技术创新。在日本，品种改良技术入选了政府主导的“登月型研究开发项目”，并已于2月份全面启动。

在中国云南省的荒野中生长的荞麦祖先品种。可能携带能抵御恶劣环境的有用基因（图片由京都大学的安井助教提供）

该项目的研究目标是2050年之前将稻米、小麦和大豆等的品种的改良时间缩短至一年。利用有效修饰基因的“基因组编辑技术”，预计一年就可以完成品种改良。如果能快速培育出可以抵御气候变化的品种，就可以防止产量下降。担任此项目经理的筑波大学教授大泽良表示：“打算培育产量与现在相同，而且可以抵御干旱和水害的品种”。

常规的品种改良是使具有优良品性的栽培品种相互杂交，从而培育兼具二者优点的品种。以前重视产量、抗病性和味道。即使抗旱性稍微差一些，但只要有农业用水就没问题，“结果导致纤弱的栽培品种增多”（大泽教授）。

研究人员着眼于野生植物。例如，红小豆的野生品种耐盐害，在海边也能生长。荞麦的祖先品种可以在荒野中生长。研究人员首先要找到并收集这些特性的基因，列出能抵御各种环境的有用基因。将这些基因植入栽培品种的话，可以在短时间内培育出理想的品种。通过分析基因组（全部遗传信息），还可以确认靶基因以外的基因是否有变化。

参加该项目的东京大学藤原彻教授等人着眼于即使钾肥较少也能生长的野生水稻，发现了形成这种特性的基因区域。还成功地将这种基因植入了水稻的栽培品种中。

据介绍，有用的基因也可能会稍微改变形态，在栽培品种中“沉睡”。目前，植入其他生物的基因会受到限制。藤原教授预测，仅激活沉睡的基因“是可以自然发生的变化，因此容易被社会接受”。

不过，要想多增加一些有用的特性，需要同时编辑基因组的许多位置。据悉，目前的基因组编辑技术只能同时编辑几个位置。一种特性也可能涉及到多个基因。要想自由决定品种的特性，编辑技术的进一步改良也非常重要。

与IT的融合也至关重要

能以低价格快速分析基因的技术已经出现，探索有用的基因时，“长读测序（Long Read Sequence）”技术非常重要。普通的“二代测序”是读取分为短序列的遗传信息，然后拼凑起来确定基因组。同一序列多次重复的部分无法判断重复次数。长读可以读取长序列，能解决这个课题。

品种改良的主要历史
约1万年前	农耕开始。开始选择特性优良的个体进行培育。
1900年	重新发现孟德尔定律，品种改良加速
20世纪下半叶	基因重组技术普及
2012年	发表可有效进行品种改良的基因组编辑技术“CRISPR-Cas9”
2021年	筑波大学等的研究项目全面启动
2030年	实现可以在虚拟空间测试新品种特性的试制版系统
2050年	1年就能培育出可以抵御恶劣环境的品种