PLUGマーカーは類似性の高いコムギ同祖遺伝子の染色体位置を効率的に決められる

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要約

イネ遺伝子とコムギEST配列より作られるPLUG(PCR-based Landmark Unique Gene)マーカーは、コムギのA、B、Dゲノム由来の3つの同祖遺伝子からのイントロン領域を含む断片を特異的に増幅し、さらにイントロン多型により同 祖遺伝子の座乗染色体位置を効率的に決定するのに役立つ。

  • キーワード:コムギ、同祖遺伝子、エクソン、イントロン、多型、イネゲノム情報
  • 担当:東北農研・めん用小麦研究東北サブチーム
  • 連絡先:電話019-643-3514
  • 区分:東北農業・作物(冬作物)、作物
  • 分類:研究・参考

背景・ねらい

農研機構コムギ育種事業においてもDNAマーカー育種の活用が開始された。しかし、まだ利用可能なマーカー数が少なく、重要形質 に関連する遺伝子の同定・選抜マーカー化が必要である。その初期段階として、染色体全体に標識となるマーカー数を増やす必要性がある。この標識マーカー開 発の一手法としてイネゲノム情報の活用が有効と考えられる。イネでは約32,000の遺伝子が予測されているが、コムギにおいてもそれらと祖先を同じくす る遺伝子(同祖遺伝子)が存在していると推察される。そこで、イネ遺伝子情報からその同祖遺伝子をコムギ染色体上にマッピングできれば、それらは選抜マー カー開発において有益な標識遺伝子となる。しかし、コムギではA、B、Dの3種のゲノムから構成される異質6倍体であるために、各ゲノムに同祖遺伝子が存 在すると考えられ(想定遺伝子32,000×3)、さらにそれらの配列は互いに高い類似性を示し、それが同祖遺伝子の染色体へのマッピングを困難にすると いう問題がある。そこで、イネゲノム情報とコムギEST情報から比較ゲノム的にこの問題を解決する手法を開発する。

成果の内容・特徴

  • コムギのA、B、Dゲノム上の同祖遺伝子のイントロン領域の類似性は、エクソン領域の類似性に比べて明らかに低く、3同祖遺伝子の多型を見出すには有効な領域であると考えられる(図1)。
  • イネの全遺伝子(RAP2 build4データによる)中、ゲノム当たり1個と考えられるもの(Landmark Unique Gene: LUGと呼ぶ)は19,079個である。それらLUGに対応すると考えられる類似性が高い(Score > 100)配列(同祖遺伝子)が、コムギ発現遺伝子(EST)データベース(NCBI: UniGene database)に5,903個存在する(2007年10月時点)。
  • 上記イネLUGと対応するESTの比較により、コムギ同祖遺伝子のイントロン、エクソン配列が予想でき、また、これによりコ ムギ同祖遺伝子のイントロンを含む領域を増幅可能なPCR用プライマーの設計が可能である。本手法により、EST情報のみを用いた場合に生じるイントロ ン、エクソン境界にプライマーを作る危険性を回避できる(図1)。
  • 上記手法により作製されたプライマー(PLUGマーカー)を用いることにより、コムギゲノムDNAよりイントロンを含む1から3の増幅産物が得られる(図2上段)。それら増幅産物と実験系統Chinese Springのナリーテトラソミック系統を用いた解析によって同マーカーの座乗染色体を同定できる(図2)。
  • 無作為に選んだ24のイネ遺伝子に対応するPLUGマーカーによって増幅されたコムギ遺伝子産物(電気泳動により1から3産物に分離)は、全て目的の同祖遺伝子由来であり、確認されたA、B、Dゲノム由来の同祖遺伝子間の多型は、イントロン由来である。

成果の活用面・留意点

  • PLUGマーカーを自動的に作製するソフトが開発され、大規模な標識マーカー開発が可能である。
  • 遺伝子によっては、PLUGマーカーで3同祖遺伝子産物が増幅されない場合もある。
  • 同マーカーは、オオムギなどの他の麦類のマーカーとしても利用できる。

具体的データ

図1 コムギ同祖遺伝子間におけるエクソンとイントロン配列の類似性の違いとイネ遺伝子情報を用いたコムギEST配列中のエクソン境界部位の予測方法.

 

図2 PLUGマーカーを用いたコムギ品種Chinese SpringのゲノムDNAでのPCRとナリソミックテトラソミック分析による座乗染色体の同定例.

 

その他

  • 研究課題名:めん用小麦品種の育成と品質安定化技術の開発
  • 課題ID:311-b
  • 予算区分:委託プロ(多様性ゲノム)、基盤研究費
  • 研究期間:2005～2007年度
  • 研究担当者:中村俊樹、石川吾郎、齊藤美香(日本製粉)
  • 発表論文等:
    1)Ishikawa G. et al. (2007) BMC Genomics 8:135
    2)Lin Z. et al. (2007) Euphytica 158:109-118
    3)職務作成プログラム「イネゲノム配列との比較によるムギ類PCR用プライマー(PLUG)作成プログラム」(機構L-03)平成19年12月5日登録