世界初、稲作の強害雑草タイヌビエの形質転換系を確立 ―雑草自身で遺伝子の働きを直接証明へ―

2026-10-19 東京農工大学

東京農工大学、宮崎大学、秋田県立大学などの研究グループは、水田の主要な強害雑草であるタイヌビエに遺伝子を導入し、植物体を再生させる安定した形質転換技術を世界で初めて確立した。従来、タイヌビエなどの農耕地雑草は、組織培養や培養細胞からの植物体再生が難しく、遺伝子の機能を直接検証することが困難だった。研究チームは、種子から誘導した複数種類のカルスを比較して遺伝子導入に適した細胞を選び、DNAを付着させた微小な金属粒子を細胞に打ち込む「パーティクルガン法」を適用した。さらに、導入した遺伝子の働きを確認するレポーター遺伝子と、導入細胞を選抜するマーカー遺伝子を用い、遺伝子が植物体内で正常に機能することを確認した。この技術により、除草剤抵抗性や環境適応に関わる遺伝子を雑草自身で直接検証できるようになる。将来的には、抵抗性雑草の発生・拡大の仕組みの解明や、新たな除草剤の開発、持続可能な雑草管理への貢献が期待される。

世界初、稲作の強害雑草タイヌビエの形質転換系を確立 ―雑草自身で遺伝子の働きを直接証明へ―
図1:形質転換に適したタイヌビエのカルスの特徴
Type 1およびType 2カルスが遺伝子導入に適している。Type 3カルスは遺伝子導入効率が低い。青色の染色は、導入した遺伝子が正常に機能していることを示す。(Gondo et al. 2026を基に作成)

<関連情報>

粒子銃法によるイヌビエにおける遺伝子形質転換システムの開発 Development of a genetic transformation system in Echinochloa phyllopogon by particle bombardment

Takahiro Gondo, Manami Sugahara, Hwan May Ng, Kentaro Yasuda & Satoshi Iwakami
Plant Cell Reports  Published:14 October 2026
DOI:https://doi.org/10.1007/s00299-026-03978-4

Abstract

Key Message
A stable particle bombardment-mediated transformation system was developed for Echinochloa phyllopogon, providing a platform for functional analysis of genes involved in herbicide metabolic detoxification.

Abstract
Echinochloa phyllopogon is a major C4 grass weed that causes serious yield losses in paddy fields and has evolved resistance to multiple herbicides. Understanding the molecular mechanisms underlying this resistance requires functional analysis of candidate genes involved in herbicide metabolic detoxification. However, the lack of a stable transformation system has limited such approaches. In this study, we established a particle bombardment-mediated transformation system for E. phyllopogon using embryogenic calli and plasmid pAHC25 carrying the GUS reporter gene and the bialaphos resistance gene (bar) selectable marker. Three morphologically distinct callus types were identified, among which Type 1 (compact) and Type 2 (friable) embryogenic calli exhibited significantly higher regeneration ability and transient GUS expression than Type 3 calli (wet and viscous). This finding indicates that callus quality is a critical determinant of transformation efficiency. In addition, callus culture duration significantly affected transformation outcomes. Calli cultured for 90 days produced the highest transformation efficiency (5.0%) and retained full regeneration capacity, whereas prolonged culture (300 and 630 days) resulted in reduced regeneration and transformation efficiency. Stable transgene integration and expression were confirmed by Southern blot analysis and histochemical GUS staining. Furthermore, transgenic plants exhibited strong resistance to Basta in the T1 generation, indicating that the herbicide-resistant phenotype was transmitted to the next generation. These results demonstrate that both callus type and culture duration are key factors for efficient transformation. The transformation system established in this study provides a valuable platform for functional analysis of genes involved in herbicide metabolic detoxification in E. phyllopogon.

1207植物保護
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