研究の目的
農林水産上重要な生物種の遺伝子資源の迅速な獲得及び利用を促進するため、目的とする有用遺伝子等が座乗したゲノム領域を必要最小限の規模で迅速に解析可能なSPM(走査型プローブ顕微鏡)技術に基づいた新規ゲノム解析技術を確立する。
研究項目及び実施体制(◎は研究代表者)
- 走査型プローブ顕微鏡(SPM)による遺伝子のナノ検出と操作
(◎大谷敏郎(平成15?18年度)、◎杉山滋(平成19年度)/独立行政法人農業・食品産業技術総合研究機構食品総合研究所) - 染色体ナノフラグメント解析システムの構築
(山本公子/独立行政法人農業生物資源研究所)
研究の内容及び主要成果
- 原子間力顕微鏡(AFM)を用いて、目的生物種(カイコ)の染色体を幅200?300nm(200kb程度のゲノム長に相当)のナノ断片として、再現性良く切断・回収する技術を確立した。また、一個の染色体の一部または全てを複数の断片に分割して回収することも可能とした。
- 走査型近接場光学原子間力顕微鏡(SNOM/AFM)とFISH(fluorescence in situ hybridization)を組み合わせることにより、複数のBAC(bacterial artificial chromosome)クローンの染色体上へのマッピング及び物理地図の作成、さらには通常の光学顕微鏡では判別困難な近接クローンの分離に成功した。
- 切断回収した染色体ナノ断片に含まれるゲノムDNAを鋳型とする極微量DNA増幅技術の開発を進め、ナノ断片由来DNAの部分増幅を可能とした。さらに、得られた塩基配列情報に基づいたBACクローンスクリーニングにより、切断位置に相当する約400kbのDNA(BACクローン)を得ることにも成功した。また、シーケンスコンティグのギャップフィル、従来法では不可能な狙った位置への連鎖地図マーカーの創成等の成果を得た。
- 本手法におけるBACスクリーニングやプライマー設計を支援するための専用Webベースツールを作成し、実用に向けた展開も進めた。
見込まれる波及効果
本技術では、ゲノム上の位置が特定された塩基配列が得られ、全ゲノム解析を必要とせずに目的とする領域(重要遺伝子座乗領域等)の局所的ゲノム情報が取得できる。したがって、本技術を応用すれば、ゲノム上の任意の領域のDNAを取得して短期間でその塩基配列解読や部分物理地図作成を行ったり、従来法では不可能であった狙った位置への連鎖マーカー創成による有用遺伝子単離の迅速化を図ることが可能になり、農林水産上重要な生物種の遺伝子資源の迅速な獲得や品種改良への貢献が期待できる。
主な発表論文
- Narukawa et al.: Imaging of silkworm meiotic chromosome by atomic force microscopy. Scanning 29: 123-127 (2007)
- Sugiyama et al.: Application of Scanning Probe Microscopy to Genetic Analysis. Jpn. J. Appl. Phys. 45: 2305-2309 (2006)
- Tsukamoto et al.: Atomic force microscopic study for dissection and recovery of chromosome fragments. Jpn. J. Appl. Phys. 45: 2337-2341 (2006)
- Suetsugu et al.: The Scanning Probe Microscope as a Novel Genomic Analysis Tool. Nanobiotechnology 1: 269-378 (2006)
- Tsukamoto et al.: Dissection and High-yield Recovery of Nanometer-Scale Chromosome Fragments Using an Atomic-Force Microscope. Nanotechnology 17: 1391-1396 (2006)
研究のイメージ
