6 0 0 0 OA 遺伝研スパコンとコマンドラインでのNGSデータ使い倒し講座
3 0 0 0 OA 植物のトランスポゾンと高出力シーケンサーを利用した遺伝解析への適用
- 著者
- 門田 有希 田原 誠
- 出版者
- 一般社団法人 園芸学会
- 雑誌
- The Horticulture Journal (ISSN:21890102)
- 巻号頁・発行日
- vol.84, no.4, pp.283-294, 2015 (Released:2015-10-22)
- 参考文献数
- 100
- 被引用文献数
- 10
トランスポゾンは真核生物のゲノム中に存在する可動性因子である.その構造および転移機構により二種類(class I;レトロトランスポゾン,class II;DNA 型トランスポゾン)に分けられる.トランスポゾンは真核生物ゲノムの主要な構成要素であり,特にレトロトランスポゾンは植物ゲノムの大部分を占める.多数のレトロトランスポゾン挿入配列はゲノム全体に散在しており,また安定して遺伝する.そのため,農作物品種間における挿入多型は DNA マーカーとして利用されている.最近,私たちは次世代シーケンス(NGS)技術を利用することにより,品種間で高い挿入多型を示す LTR 型レトロトランスポゾンファミリーを効率的に同定する手法を確立した.この手法は,5'LTR 配列に近接し,異なる LTR 型レトロトランスポゾンファミリー間でも保存性の高い PBS(Primer Binding Site)配列に注目している.この PBS 配列を利用した NGS ライブラリーの構築により,ゲノム中に存在する多数の LTR 配列およびそれら挿入配列を同定した.これら配列を用いたデータ解析により,近縁品種間でも高い挿入多型を示す LTR 配列を抽出した.また,NGS を利用することで,これらレトロトランスポゾンファミリーのゲノムワイドな挿入箇所を多数の品種に関して同定した.これら挿入箇所の情報は,品種間の類縁関係の解明および品種判定用 DNA マーカーの開発に有用であった.私たちの研究結果は,これらレトロトランスポゾン挿入部位のターゲットシーケンスにより,全ゲノム配列情報が無い生物種においても,効率的に遺伝子型解析およびマーカー開発が可能であることを示した.本記事では,トランスポゾンのゲノム構造および進化的側面に関して解説,またレトロトランスポゾンの挿入多型に基づいたマーカー開発に関しても紹介する.
1 0 0 0 イネトランスポゾンmPingおよびPingの転移制御機構の解明
<具体的な研究内容>イネは2004年に日本晴の全ゲノム塩基配列が解読され、遺伝子の同定および機能解析が盛んに進められている。近年は、次世代シークエンサーを用いた比較ゲノム解析により、コシヒカリおよび雄町と日本晴との間において、それぞれ約67,000箇所、約130,000箇所の一塩基多型(SNP)が同定された。しかし、短いリードをReference genomeにマッピングし、小さな変異を同定する手法では、欠失、挿入、逆位等、大きな構造変異を同定することはできない。そこで本研究では、銀坊主のゲノム配列を高い精度で解読、新規コンティグを用いた比較ゲノム解析により、多様なゲノム構造変異についても明らかにした。イネ品種銀坊主を用いて、二種類のライブラリー(500bpのPair endlibrary、3kbのMate pair library)を作成、Hiseq2000によりシークエンス解析を行った。得られた配列を、日本晴ゲノム配列にマッピングした後、123,299か所のSNP、43,480箇所の短い欠失および挿入を同定した。さらに、複数のソフトウェアを組み合わせ、数100bpから数100kb以上に及ぶ大きな構造変異を1500箇所以上同定した。その後、銀坊主の新規コンティグを作成し、マッピング解析により得られた構造変異の妥当性を検証した。確認された構造変異の70%は、転移因子配列の切り出しもしくは挿入によるものであり、転移因子を介して生じたと思われる逆位も複数存在した。<意義および重要性>今回の研究結果から、イネ近縁品種間において大規模なゲノム構造変異が多数存在していること、並びに、このような構造変異に転移因子が密接に関与することを明らかにした。これは、自殖性作物であり遺伝的均一性の高いイネにおいて、転移因子を介したダイナミックなゲノム進化が短期間に進行することを示す重要な成果である。