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遺伝子の水平伝播は、親から子への垂直伝播以外で個体間や種間で起こる遺伝子の移動です。微生物では、プラスミドによる遺伝子の移動が知られていますが、死んだ細菌から取り込むという手段もあると考えられています。
この水平伝播により、微生物は抗生物質耐性などの便利な形質を容易に獲得でき、農薬開発などの対策を困難にします。また、いったん獲得した形質が水平伝播で維持されれば、その形質を捨てて増殖を改善するということも起こりにくくなります。そのため、微生物は耐性を保持したまま、長期間にわたって脅威となり続ける可能性があります。
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緑の革命(1940～60年代)は、農薬、灌漑、合成窒素肥料、品種改良といった技術を発展途上国に広め、劇的な食糧増産を達成しました。中でもハーバー・ボッシュ法は、空気中の窒素からアンモニアを合成することを可能にし、肥料生産に革命をもたらしました。窒素ガス(N₂)と水素(H₂)からアンモニア(NH₃)を合成するこの方法は、高温高圧下で反応を進めることで、安定した窒素分子の三重結合を切断します。こうして得られたアンモニアは、硫安などの肥料の原料となり、植物の生育に不可欠な窒素を供給できるようになりました。この技術革新は、緑の革命の根幹を支え、世界的な人口増加を支える食糧生産を可能にしました。
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サツマイモとアサガオは同じヒルガオ科で、花の形も似ている。日本では気候条件のためサツマイモは開花しにくいが、品種改良には開花が必要となる。そこで、アサガオを台木にサツマイモを接ぎ木する技術が用いられる。アサガオの開花条件を引き継ぐことで、サツマイモを夏に開花させ、交配を可能にする。この技術は、戦時中の食糧難を支えたサツマイモの品種改良に大きく貢献した。アサガオは薬用、観賞用としてだけでなく、食糧事情においても重要な役割を果たした植物である。
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遺伝子組み換えで、組み込んだ遺伝子が必ず発現するとは限らない。発現は転写因子という領域によって制御されている。確実に発現させるには、遺伝子と共に強制的に発現させる配列を組み込む。例えば、ウイルス由来の制御配列を使う。これは、ウイルスが宿主細胞内で自身の遺伝子を強制的に発現させる仕組みを利用したもの。具体的には、目的の遺伝子とウイルス由来の制御配列をプラスミドに挿入し、細胞に導入する。この手法は、遺伝子組み換え作物でよく使われており、異なる生物の遺伝子を組み合わせるという理解につながるが、制御配列も遺伝子の一部である。
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遺伝子組み換えは、特定の遺伝子の機能を調べる研究手法として利用される。例えば、青いアサガオの鮮やかな青色色素に関わる遺伝子を特定し、その遺伝子を薄い青色のアサガオに導入することで、遺伝子の機能を検証する。導入後、花色が鮮やかになれば、その遺伝子が青色色素合成に関与していることが証明される。しかし、遺伝子組み換え作物において、導入された遺伝子が植物にとって有益に働くことは稀である。遺伝子が活用される保証はなく、F1種子における課題も存在する。つまり、遺伝子組み換えは研究ツールとしては有効だが、作物改良においては、導入遺伝子の効果が限定的である可能性が高い。
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農薬不使用のオーガニック栽培において、作物自身がBT毒素に似た殺虫性を持つ現象が確認された。これは遺伝子組み換え作物ではなく、F1品種で発生した。土壌中の細菌との共生により、作物がBT毒素を獲得した可能性が高い。つまり、オーガニック栽培でも、遺伝子組み換え作物と同様に植物以外の遺伝子が入り込み、同じ殺虫成分を持つことがある。オーガニック栽培で抵抗性獲得は大規模化が難しく、時間もかかるが、作物の味は圧倒的に優れる。ストレスが少ない環境で育つため、苦味成分が少ないためだ。自然の力を最大限に活かしたオーガニック栽培は、遺伝子組み換え技術とは異なるアプローチで同様の結果をもたらす可能性がある。
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師匠の広大な無農薬畑で、アブラナ科作物の葉の上でミイラ化したイモムシが多数発見された。これは、作物自身が虫への抵抗性を得たことによるものと思われた。師匠曰く、土壌の状態が良くなるにつれ、この現象は頻繁に見られるようになり、しかも虫食い痕が目立つ前にイモムシが死ぬとのこと。周囲の農薬の影響や師匠による隠れた農薬使用の可能性は無い。この現象はBT剤という生物農薬の効果に似ているため、次回BT剤について掘り下げる。
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遺伝子組み換え作物への抵抗感について考察。第一世代の除草剤耐性や害虫抵抗性といった生産者側のメリットに注目した遺伝子組み換えに対し、第二世代は栄養価向上や免疫向上といった消費者側のメリットを重視している。仮に癌軽減効果を持つ物質を産生する遺伝子組み換え作物が開発された場合、健康への直接的な恩恵があっても、依然として「非生物的」「異種遺伝子」といった理由で拒否反応を示す人がいるだろうか？物質を抽出する形であれば抵抗感は減るだろうか？遺伝子組み換え技術に対する議論は、今後このような安全性と健康効果のバランスに関する論点に移行していくと予想される。
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遺伝子組み換えは人工的なものと誤解されがちだが、自然界でも日常的に起こっている。例えば、アグロバクテリウムという細菌は植物の根に感染し、自身の遺伝子を植物のDNAに組み込み、根こぶを形成させる。これは、種を越えた遺伝子組み換えが自然界で起こっている例である。つまり、植物のDNAに他の生物の遺伝子が組み込まれることは不自然なことではない。遺伝子組み換え技術はこのような自然界のメカニズムを利用しているが、詳細はまた別の機会に。
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F1種子は均一性と収量性に優れる一方、地域環境への適応という点で大きな欠点を持つ。植物は環境変化に対応するため、普段は発現しない様々な機能を秘めている。地域に根付いた固定種は、その土地特有の環境に適応した遺伝子制御を持つ可能性があるが、F1種子はその可能性を閉ざしてしまう。F1種子の耐病性や耐虫性は平均的なもので、特定地域の環境に特化した進化は期待できない。真に地域に最適な品種を作り出すには、F1の均一性と固定種の環境適応力を融合させる必要があり、統計学、遺伝学、そして長年の選抜努力が不可欠となる。
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F1種子は遺伝子組み換えではなく、統計的な手法で品質管理された種子である。自家採種は可能だが、品質維持は困難で、むしろ採算に合わない。種採り用の株は畑の一部を占拠し、全体への堆肥散布や耕作の効率を下げ、次作の秀品率低下につながる。大型機械の運用にも支障が出て人件費が増加する。結果的に利益率が低下し、種代が相対的に高く感じ、更なる自家採種に繋がる悪循環に陥る。高品質な野菜生産を目指すなら、種子購入は有効な選択肢と言える。
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F1種子は、異なる純系品種を交配して得られる雑種強勢を利用した一代雑種。均一な形質（背丈、味など）を示し、収穫効率や品質安定に寄与する。F2世代以降は形質がばらつき、均一性が失われるため、F1種子の継続利用が必要となる。種会社は雑種強勢を生む親株を維持・交配し、F1種子を提供することで、農家の手間を省き、安定した農業生産を支援している。F1種子の利用は、種会社と農家のWin-Winの関係と言える。不稔性などの問題は、F2世代の品質ばらつきを考慮すれば些末な点である。
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F1品種の親株確保の難しさについて、遺伝要素を追加して解説。甘さと歯ごたえが良い高品質F1(AaBb)を親(AABBとaabb)から得られても、F2では16通りの遺伝子型に分離する。F3でF1と同じ品質を得るには、1/16の確率で出現するAABBとaabbを親株として確保する必要がある。遺伝要素Cが追加されると確率は1/64に低下。実際は更に多くの要素が関与するため、品種改良における親株確保は非常に困難。
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F1種子は、異なる純系の親を掛け合わせて作られるため、優れた形質を示す。しかし、F1種子から採れたF2種子は、メンデルの法則に従い形質が分離するため、元のF1と同じ高品質の株は50%しか出現しない。栽培者が高品質株を見分けるのは難しく、多めに種を蒔いても無駄が生じる可能性がある。また、F3以降の品質保証には、低品質の株を残す必要があり、これも困難。よって、F1種子からの種採りは、品質の不確実性が高く、期待した結果を得にくい。
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市販の種子が採種できないというのは、F1種子（雑種第一世代）であることに起因する。F1種子は異なる品種を交配して作られ、優れた形質を示す。しかし、F1種子から得た種子（F2世代）は、メンデルの法則に従い形質が分離するため、親世代と同じ形質が揃わず、期待する収量や品質が得られない。おばさんの質問はF1種子の特性を指していたと考えられる。