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ゲノム遺伝解析学 (Plant Genome Dynamics Analysis)

転移因子を利用した作物ゲノムの遺伝解析とその応用

教員

Yuki MONDEN 准教授: 門田 有希 Assoc. Prof. Dr. Yuki MONDEN
E-mail: y_monden@(@以下はcc.okayama-u.ac.jp を付けてください。)
専門分野: 植物遺伝育種学
作物の遺伝解析およびその育種学的利用に関する研究

主な研究テーマ

 植物や動物の染色体には、レトロトランスポゾンと呼ばれる転移因子が存在します。これは、“自身のコピー配列を作り、同じ細胞の染色体に挿入する”形で“転移する”遺伝子です。長い進化の中で何度も転移してきたので、多くのファミリーに分化し、多数のコピー配列として存在します。現在のゲノムでは、ほとんどのファミリーは転移能力を失っていますが、例外的に、転移能力を持つ活動型のファミリーが存在します。私たちの研究室では、サツマイモにおいて、活動型のファミリーを2種類単離したのを契機に、レトロトランスポゾンを利用した様々な遺伝分析を行ってきました。

レトロトランスポゾンマーカーによる品種識別技術の開発

 レトロトランスポゾンの転移・挿入部位には特定の傾向があるわけではなく、また、一度挿入されたコピー配列は安定して遺伝しますから、作物品種の系譜や品種の育成時などに生じた挿入部位はその品種に固有の目印となります。この性質を利用して、サツマイモ、アズキ、インゲンにおいて品種識別のためのDNAマーカーを開発してきました。レトロトランスポゾンマーカーは、加工工程でDNAが断片化し、また、品種をブレンドして製造した食品でも、簡単な検査(品種固有挿入部位を対象にしたPCR)で判定が可能です。現在、イチゴやコムギについても研究を進めています。

画像1

北海道育成アズキ品種「きたのおとめ」、「しゅまり」を判定するレトロトランスポゾンマーカー

次世代シーケンスによるレトロトランスポゾン挿入部位の網羅的な配列決定と遺伝解析技術の開発

 多数のコピー配列が存在するレトロトランスポゾンについて、高出力の次世代シーケンサーを利用して、一度に多数の品種を対象に、ゲノムを網羅する形で挿入部位の塩基配列を決定する技術を開発しました。この技術を利用して、レトロトランスポゾンを利用した品種マーカーの開発、作物品種の系譜解析、遺伝連鎖解析などに取り組んでいます。

活性型レトロトランスポゾンファミリーの同定

  レトロトランスポゾンは、生物のゲノム中に、非常に多数存在しています。しかし、今では、ほとんどのファミリーは動いていません。このようなファミリー(不活性型)だと、作物品種間で比較しても、入っている位置(挿入位置)に違いが見られません。しかし、まだ動いている(活性型)ファミリーは、品種間で挿入位置が異なり、その違いは、DNA配列上の目印(DNAマーカー)となります。このような目印は、遺伝解析および品種判定のツールとして利用することができます。そこで、このような活性型ファミリーを効率的に見つけ出す方法を確立しています。


レトロトランスポゾン挿入位置
品種判定マーカーの開発

  生物のゲノムは、非常に長いDNA配列から構成されており、レトロトランスポゾンの挿入は、その中のある領域に、ほぼ偶発的に起こります。よって、品種間で、まったく同じ個所に、独立して挿入が生じることは、まず、考えられません。また、一度入ると、その挿入は、安定して遺伝します。つまり、ある品種に固有の挿入をマーカーとすれば、ほぼ間違いなく、その品種を決定することができます。この特徴を利用して、加工食品に含まれる原料品種を判定する技術を開発しています。この技術は、複数品種が混合された加工食品からでも、正確に判定できるという画期的なものです。現在、さまざまな企業の方と連携して、食品の流通拡大、食品検査の正確性および簡便性の向上に向けた技術開発に取り組んでいます。

品種判定マーカー
作物の遺伝解析技術の開発

  農業上有用な形質(病気に強い、収量性が高い、など)に関わる遺伝子を同定することは、今後、新しい優れた品種を作り出す上で、非常に重要です。私たちは、このような遺伝子を同定するため、レトロトランスポゾンを利用した連鎖地図の作成に取り組んでいます。特に、これまで、あまり研究が進んでこなかった作物種(サツマイモ等)を対象に、新規遺伝子を同定し、育種の発展を目指します。

サツマイモ品種
作物の伝播経路の解明

  中南米起源のサツマイモは、主に三つの伝播経路で世界中に広がったとされています。そのうちの一つ、オセアニア地方への伝播の詳細は不明です。興味深いことに、コロンブスが新大陸を発見するずっと前(紀元前1000年)に、すでにオセアニア地方には、サツマイモが伝わっていた可能性が提案されており、もしかしたら、古代ポリネシア人たちは、コロンブスの大航海よりも、はるか昔に太平洋という大海原を渡った人たちなのかもしれません。そこで、オセアニア地方のサツマイモ在来品種の系譜関係を調べることにより、新大陸から、どの島へ伝わり、どのように広がっていったのか、その経路について明らかにします。これにより、サツマイモ伝播を通じた古代人の移動の歴史を追います。

サツマイモの伝播経路

研究業績リスト

・門田有希、山本彩加、田原誠、活性型レトロトランスポゾンを利用したアントシアニン含有紫サツマイモ品種識別用DNAマーカーの開発、DNA多型、Vol.21:47-54, 2013
・秋竹広翔、田原誠、門田有希、高崎一人,布籐 聡、イチゴにおけるレトロトランスポゾン品種識別マーカーの開発、DNA多型、Vol.21:64-72, 2013
・Yuki Monden, Ken Naito, Yutaka Okumoto, Hiroki Saito, Nobuhiko Oki, Takuji Tsukiyama, Osamu Ideta, Tetsuya Nakazaki, Susan R. Wessler, Takatoshi Tanisaka.“High potential of a transposon mPing as a marker system in japonica x japonica cross in rice.” DNA research 16: 131-140, 2009
・Yuki Monden, Ken Naito, Takuji Tsukiyama, Yutaka Okumoto, Takatoshi Tanisaka. ”Up regulation of a rice transposon Ping in an active strain EG4.” Journal of crop research 54: 119-123, 2009
・浅見武人、奥本裕、齋藤大樹、Yuan Qingbo、門田有希、寺石政義、築山拓司、谷坂隆俊. 2009. mPing-SCARマーカーを用いた新規感光性遺伝子座se14およびse15のマッピング. 作物研究. 54. 85-89. 2009
・稲垣晴香、築山拓司、門田有希、Karki Shanta、奥本裕、中崎哲也、寺石政義、谷坂隆俊. 2009. mPing配列を含んで転写される遺伝子の同定. 作物研究. 54. 99-102. 2009

卒業生・修了生進路

・ 大学院進学、公務員、全農、 一般企業(ロッテ、東洋ナッツ、山田養蜂場など)

収穫祭ポスター

ゲノム遺伝解析学ユニットポスター2013年