日本國立研究開發法人產業技術綜合研究所（簡稱：產綜研、AIST）生物製造研究中心的松尾幸毅主任研究員於2025年10月1日宣佈，通過抑制植物的RNA沉默機制，成功創製出既具備高效生產功能性蛋白質又能正常生長而不會發生矮化的植物體。還從該植物體中成功收穫了表徵可遺傳、能正常發芽的種子。這一成果有望推動利用植物實現功能性蛋白質的量產，相關研究成果已發表在期刊《The Plant Journal》的2025年7月18日刊上。
圖1 各植物體的關係
通過破壞野生型植物體的RDR6基因，培育出了rdr6植物體。對rdr6植物體進一步進行基因重組，使其可生成TAS3序列的雙鏈RNA，從而培育出了TAS3i植物體。（供圖：產業技術綜合研究所）
將疫苗抗原、酶等功能性蛋白基因導入微生物等寄主以高效生產蛋白質的方法，已在製藥等領域得到廣泛應用，但該方法存在混入病原體或病毒的潛在風險。與之相對，從安全性及成本角度出發，利用植物生產功能性蛋白質的技術實用化備受期待。
植物為了抵禦病毒等外敵侵入，擁有一種降解外來基因來源傳訊RNA的 「RNA沉默機制」，這也成為制約蛋白表達效率的難題。蛋白表達水平越高，植物體體積越大，功能性蛋白質的產量就越高。
此前，產綜研利用菸草，通過破壞RDR6基因，已成功創製出不僅提升了功能性蛋白質的基因導入效率，還大幅提高了功能性蛋白質產量的rdr6植物體。RDR6基因在RNA沉默機制的雙鏈RNA合成過程中發揮著核心作用。然而，該植物體與野生型相比存在植株矮小化、且無法形成種子的課題。
為此，本次研究聚焦於與RDR6基因密切相關、參與植物形態建成的DNA序列「TAS3」。
RDR6基因在調控植物葉片、花等器官形成不可或缺的ARF基因（生長素感應因子基因）表達的「miR390-TAS3-ARF通路」中發揮重要作用。該通路通過多個步驟實現對ARF基因的表達調控，而RDR6是該通路調控過程中必需的酶基因，因此rdr6植物體無法正常調控ARF基因的表達。
為此，研究團隊新引入了一套可生成TAS3序列來源雙鏈RNA的機制，通過在rdr6植物體中生成雙鏈RNA，驗證了該通路功能的恢復效果。
具體而言，研究團隊將TAS3的DNA序列以間隔序列為間隔反向排列，構建了相應載體（結構為TAS3序列－間隔序列－反向TAS3序列），再將該載體導入rdr6植物體，成功創製了TAS3i植物體。研究團隊預設，即使不存在RDR6的功能，間隔序列也可形成髮夾狀的環狀結構，從而生成TAS3序列的雙鏈RNA。
實驗結果顯示，TAS3i植物體中多個ARF基因的表達水平上升。包括葉片大小在內的植株整體生長狀態恢復至與野生型幾乎一致的水平，未觀察到形態異常，同時成功收穫了種子。
研究團隊對野生型、rdr6植物體、TAS3i植物體進行綠色螢光蛋白（GFP）瞬時表達操作後，在rdr6植物體和TAS3i植物體中觀察到了強於野生型的GFP螢光，證實了可通過這些植株量產GFP。
此外，研究證實所獲種子的正常發芽率超過了90%，且其功能和性質能夠遺傳。該技術被認為可通過相同操作應用於菸草以外的其他植物。
該技術有望應用於細胞介素之類的功能性蛋白質的生產；因需實施基因導入，且栽培條件的波動會直接影響所生產功能性蛋白質的品質，因此預計該技術將在栽培條件穩定的封閉式設施中加以應用。
亟需加速社會應用與普及
松尾主任研究員表示：「利用植物開展的重組蛋白質生產在海外的商業化應用已經在持續推進，而日本的相關應用卻進展滯後。藉助植物生產的重組蛋白質的應用，有望實現再生醫療、培養肉等領域的成本降低，正因如此，我們認為未來需要在推進技術研發的同時，加速該技術的社會應用與普及。」
原文：《科學新聞》
翻譯：JST客觀日本編輯部
【論文資訊】
期刊：The Plant Journal
論文：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
