イネ品種間の遺伝子DNA変異の解析

植物遺伝育種学研究室での
DNA変異解析による育種技術の開発について

(2014.7.1 更新)


育種においては、望ましい遺伝子型の個体や系統を選ぶ「選抜」が最も重要な過程です。しかし、成分特性や耐病性など表現型では選抜しにくい特性があるため、それら特性に関わる遺伝子の望ましい対立遺伝子を持つものがDNA 分析で選抜できれば、育種が効率的に行えるだけでなく、遺伝子情報に基づいたより科学的な育種が可能となります。望ましい対立遺伝子と望ましくない対立遺伝子とは一塩基の違いしかないことがあるため、DNA 分析を育種に利用するには、一塩基多型（Single nucleotide polymorphism, SNP）が簡易に低コストで分析できることが必要です。そのため当研究室では、SNP の低コスト簡易分析技術の開発を行ってきました。多数あるSNP 分析法の中で、当研究室で開発しましたドットブロットSNP 法は、低コストで一度に多数個体の分析が可能であることから、育種の現場でも利用できるものと期待しています。

1. 未同定SNP を検出するための電気泳動法を利用した方法の改良

　目的とする遺伝子の中のどの塩基に変異（多型）があるか不明な場合は、塩基配列を決定してSNP を同定しますが、塩基配列決定にはコストがかかります。電気泳動法を利用すれば、低コストで多数試料の遺伝子について変異の有無を分析できます。

　最初に用いた方法は日本人により開発されたSSCP（single strand conformation polymorphism）法ですが、小さなDNA 断片（500 塩基以下）の変異しか検出できず、断片内での変異の位置によっては差が検出できないことがありました。そこで、PCR（polymerase chain reaction）で増幅した2,000 塩基対程度のDNA 断片を複数の四塩基認識制限酵素で切断し、SSCP 分析する方法（PCR-RF-SSCP 分析法）に切り替えたところ、効率よくSNP を見つけることが可能になりました。この方法でモチ性突然変異体のwx遺伝子を分析し、その原因となる一塩基多型を数多く見つけ出すことに成功しました (Sato & Nishio 2003 Theor Appl Genet 107, 560-567)。またこの方法を用いて、イネの多数の品種の遺伝子DNA 変異を見出しました（Shirasawa et al. 2004 DNA Res 11, 275-283）。

　セロリから抽出した酵素を用いて二本鎖DNA のミスマッチ部位を切断して電気泳動分析し、SNP がその断片中にあるかどうか分析する方法は、化学変異剤で突然変異誘発した集団からDNA 分析で突然変異体を選抜する方法（TILLING 法と呼ばれる）として利用されています。当研究室では、アブラナ科野菜のミズナから抽出した酵素を用いた一塩基多型分析に改変し、ガンマ線照射により人為的に誘発した突然変異体の逆遺伝学的な選抜が可能になりました（Sato et al. 2006 Breeding Sci 56, 179-183）。