日本国立研究开发法人产业技术综合研究所（简称：产综研、AIST）生物制造研究中心的松尾幸毅主任研究员于2025年10月1日宣布，通过抑制植物的RNA沉默机制，成功创制出既具备高效生产功能性蛋白质又能正常生长而不会发生矮化的植物体。还从该植物体中成功收获了性状可遗传、能正常发芽的种子。这一成果有望推动利用植物实现功能性蛋白质的大量生产，相关研究成果已发表在期刊《The Plant Journal》的2025年7月18日刊上。
图1 各植物体的关系
通过破坏野生型植物体的RDR6基因，培育出了rdr6植物体。对rdr6植物体进一步进行基因重组，使其可生成TAS3序列的双链RNA，从而培育出了TAS3i植物体。（供图：产业技术综合研究所）
将疫苗抗原、酶等功能性蛋白基因导入微生物等宿主以高效生产蛋白质的方法，已在制药等领域得到广泛应用，但该方法存在混入病原体或病毒的潜在风险。与之相对，从安全性及成本角度出发，利用植物生产功能性蛋白质的技术实用化备受期待。
植物为了抵御病毒等外敌入侵，拥有一种降解外来基因来源信使RNA的 “RNA沉默机制”，这也成为制约蛋白表达效率的难题。蛋白表达水平越高，植物体体积越大，功能性蛋白质的产量就越高。
此前，产综研利用烟草，通过破坏RDR6基因，已成功创制出不仅提升了功能性蛋白质的基因导入效率，还大幅提高了功能性蛋白质产量的rdr6植物体。RDR6基因在RNA沉默机制的双链RNA合成过程中发挥着核心作用。然而，该植物体与野生型相比存在植株矮小化、且无法形成种子的课题。
为此，本次研究聚焦于与RDR6基因密切相关、参与植物形态建成的DNA序列“TAS3”。
RDR6基因在调控植物叶片、花等器官形成不可或缺的ARF基因（生长素响应因子基因）表达的“miR390-TAS3-ARF通路”中发挥重要作用。该通路通过多个步骤实现对ARF基因的表达调控，而RDR6是该通路调控过程中必需的酶基因，因此rdr6植物体无法正常调控ARF基因的表达。
为此，研究团队新引入了一套可生成TAS3序列来源双链RNA的机制，通过在rdr6植物体中生成双链RNA，验证了该通路功能的恢复效果。
具体而言，研究团队将TAS3的DNA序列以间隔序列为间隔反向排列，构建了相应载体（结构为TAS3序列－间隔序列－反向TAS3序列），再将该载体导入rdr6植物体，成功创制了TAS3i植物体。研究团队预设，即使不存在RDR6的功能，间隔序列也可形成发夹状的环状结构，从而生成TAS3序列的双链RNA。
实验结果显示，TAS3i植物体中多个ARF基因的表达水平上升。包括叶片大小在内的植株整体生长状态恢复至与野生型几乎一致的水平，未观察到形态异常，同时成功收获了种子。
研究团队对野生型、rdr6植物体、TAS3i植物体进行绿色荧光蛋白（GFP）瞬时表达操作后，在rdr6植物体和TAS3i植物体中观察到了强于野生型的GFP荧光，证实了可通过这些植株大量生产GFP。
此外，研究证实所获种子的正常发芽率超过了90%，且其功能和性质能够遗传。该技术被认为可通过相同操作应用于烟草以外的其他植物。
该技术有望应用于细胞因子之类的功能性蛋白质的生产；因需实施基因导入，且栽培条件的波动会直接影响所生产功能性蛋白质的品质，因此预计该技术将在栽培条件稳定的封闭式设施中加以应用。
亟需加速社会应用与普及
松尾主任研究员表示：“利用植物开展的重组蛋白质生产在海外的商业化应用已经在持续推进，而日本的相关应用却进展滞后。借助植物生产的重组蛋白质的应用，有望实现再生医疗、培养肉等领域的成本降低，正因如此，我们认为未来需要在推进技术研发的同时，加速该技术的社会应用与普及。”
原文：《科学新闻》
翻译：JST客观日本编辑部
【论文信息】
期刊：The Plant Journal
论文：Recovery of RNA-dependent RNA polymerase 6 gene-knockout phenotypes in Nicotiana benthamiana via in vivo generation of inverted repeat construct of the trans-acting short interference RNA3 sequence
DOI：10.1111/tpj.70350
