国际连携で挑むタマネギゲノム解読‐経済的に重要な高等植物种の巨大なゲノムを読み解く‐

2021年8月20日 14:00 | プレスリリース?研究成果

【本学研究者情报】

〇大学院生命科学研究科　教授　佐藤修正

【発表のポイント】

农业分野では、栽培品种の育种目标が多様化する中で、ゲノム配列情报に基づく育种技术の开発が求められている。
ヒトのゲノムは约30亿の塩基対からなっているが、タマネギは、なんとヒトの5倍以上もの约160亿塩基対からなっている。祖先种や近縁种を含むタマネギを人类が栽培してきた歴史は数千年以上と非常に长く、现在まで世界中の様々な地域の伝统的な知识や知恵と相まって栄养豊富な健康食材として利用され続けている。しかし、ゲノムサイズの巨大さゆえ、分子生物学手法に基づく大规模な研究はなされておらず、タマネギのもつ魅力的な形质とゲノム情报との関连が未だ不十分である。
ゲノムのシークエンス解析では、大量のゲノム配列を細切れにし、お手本となる基準ゲノムと照らし合わせて解読する場合が多い。一方、基準ゲノムのないタマネギを基準ゲノムを必要としない解析手法であるde novo Genome Assembly（参照配列を必要としない配列貼り合わせ）で解読しても、ゲノムの巨大さと複雑さゆえ塩基配列情報の並び順を決定することは難しい。そこで、山口大学、東北大学等からなる国内研究グループは発現遺伝子に関する配列情報を集めることに注力し、異種染色体添加系統を用いて約25,000種類の発現遺伝子の座乗染色体を決定し、さらに倍加半数体系統の特性を活用し、それらの並び方を正確に反映した高密度遺伝子地図情報を整備することに世界で初めて成功した。さらに、この遺伝地図情報がお手本として一役買い、2021年に日本（山口大学を代表とするグループ）とオランダの共同研究グループがタマネギの全ゲノム解読に世界で初めて成功した。
本研究により、タマネギの全ゲノム配列が高精度に明らかになったことで、高等植物におけるゲノム巨大化のメカニズム解明を进めやすくなる。また、整备された配列解析情报に基づく育种技术の开発が期待される。

【概要】

山口大学大学院創成科学研究科（農学系学域）の執行正義教授のグループは、东北大学大学院生命科学研究科の佐藤修正教授、かずさDNA研究所ゲノム情報解析施設の平川英樹施設長、農研機構の藤戸聡史研究員（野菜花き研究部門）、塚崎光グループ長（東北農業研究センター）、東京農業大学の峯洋子教授、田中啓介助教等との共同研究により、シャロットとタマネギの倍加半数体間のF2分離集団等を用いて次世代シーケンサによる発現遺伝子の網羅的解析を実施した。その結果、約4,400個の発現遺伝子を８本の染色体に対応した遺伝地図上に整列化させることに成功した。本研究成果は、2021年6月26日付で国際科学雑誌BMC Genomics電子版に掲載された。本研究は、日本学術振興会科学研究費助成事業、農林水産省戦略的国際共同研究推進事業、東京農業大学生物資源ゲノム解析センター等のサポートを受けて行われた。さらに、執行教授と佐藤教授はオランダ　ワーゲニンゲン大学との共同研究を実施し、上述の発現遺伝子の並び方を全ゲノム配列情報と比較検討し、両者間に高い相関があることを見出した。BMC Genomicsに掲載された成果により、オランダの全ゲノム配列情報の確からしさが立証され、世界で初めて高品質なゲノム配列情報を発表するに至った。この研究の成果は、2021年7月13日付で米国遺伝学会雑誌G3: Genes, Genomes, Genetics電子版に掲載された。これら続けて公開された２つの学術論文に記される研究成果は、巨大ゲノムをもつタマネギの植物としての成り立ちを議論する上で重要な基礎的知見を与えるとともに、ゲノム編集等による分子育種研究を進める上で有効な情報資源と成り得る。