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豊島 快幸*; 田中 寿基*; 渡部 潤*; 山崎 達夫*; 岩下 和裕*; 三上 重明*; 佐藤 勝也; 鳴海 一成
JAEA-Review 2009-041, JAEA Takasaki Annual Report 2008, P. 82, 2009/12
麹菌(
)は醤油,清酒,味噌などの醸造産業において利用される重要な微生物である。本研究で、麹菌育種の新しい手段としてイオンビームの利用を検討した結果、これまでに、染色体が大規模に欠失した変異株が見いだされ、イオンビーム照射により麹菌ゲノムの大規模な変異を生じさせることを確認している。今年度は、ゲノム構造の大きな変化が予想される株について、ゲノムウォーキングを行い、変異点の詳細な解析を行った。その結果、いずれの株についても染色体間組換えを示唆するシークエンスが得られた。パルスフィールドゲル電気泳動で、染色体の泳動パターンを調べたところ、変異株では親株に比べて、バンドバターンが大きく異なっていた。セレン酸耐性を司る
遺伝子領域に対するプローブDNAを用いて、サザンブロット解析を行った結果、異なる染色体にプローブシグナルが得られたことから、変異株では、遺伝子の分断が生じていることが明らかになった。
)ゲノム構造に与える影響の解析豊島 快幸*; 田中 寿基*; 赤川 巧*; 山崎 達雄*; 岩下 和裕*; 三上 重明*; 佐藤 勝也; 鳴海 一成
no journal, ,
イオンビーム照射は、従来のUV照射などに比べて高い変異率を示し、変異導入法として非常に有用である。しかし、ゲノム構造に及ぼす影響については、十分に明らかにされていない。本研究では、幅広い産業で利用されている麹菌にイオンビームを照射し、ゲノムワイドにその影響を見ることを目的とした。麹菌分生子にイオンビーム(
C
, 300Gy
500Gy, 220MeV)を照射し、セレン酸耐性を指標に及び
遺伝子に変異を有する株を選択した。得られた株のゲノムについてPCR解析及びサザン解析を行った結果、及び遺伝子領域に欠損あるいは転座などが生じていると考えられる変異株が見いだされた。さらに、麹菌フルゲノムアレイを用いて各遺伝子のコピー数の解析を行ったところ、大規模な領域欠損が起きていることが確認された。以上のことから、イオンビーム照射ではゲノム中に大規模な欠損変異の誘発が可能であり、従来法では得られなかった優良変異株の育種が可能と考えられる。
田中 寿基*; 豊島 快幸*; 赤川 巧*; 山崎 達雄*; 浦 哲二*; 岩下 和裕*; 三上 重明*; 佐藤 勝也; 鳴海 一成
no journal, ,
イオンビーム照射は従来のUV照射などに比べて高い変異率を示し、変異導入法として非常に有用である。しかし、ゲノム構造に及ぼす影響については十分に明らかにされていない。そこで本研究では、イオンビームが麹菌ゲノムに与える影響をサザン解析,パルスフィールド電気泳動(PFGE)及び麹菌GeneChipを用いた解析を行った。サザン解析によって選抜した変異株についてPFGEを行った結果、イオンビーム照射株の中に親株とは異なる泳動パターンを示す株が見いだされ、この変異株ではゲノムDNAに欠損が起きているものと予測された。麹菌の全遺伝子が搭載されている麹菌GeneChipを用いてCGH解析を行った結果、PFGEにおいて欠損が示唆された変異株において大規模な遺伝子の欠損(8番染色体末端部分の142個の遺伝子を含むおよそ340キロ塩基対)が生じていることが確認された。以上のことから、イオンビームを用いることによって麹菌ゲノム中に大規模な欠損変異を誘発可能であることが明らかとなった。
)ゲノム構造に与える影響の解析豊島 快幸*; 田中 寿基*; 渡部 潤*; 茂木 喜信*; 山崎 達雄*; 岩下 和裕*; 三上 重明*; 佐藤 勝也; 鳴海 一成
no journal, ,
麹菌は日本の産業にとって非常に重要な微生物であり、古くから醤油,味噌,清酒などのさまざまな食品への利用の他、化成品・医療向けの酵素及び代謝産物などにも利用されている。このように、さまざまな産業応用の事例がある一方で、麹菌は有性生活環を持たないことや、多核であることなどから、古典的遺伝解析が適用できず、遺伝的育種改良が遅れていた。一方、イオンビームは突然変異誘発方法として有用な技術であり、
線に比べ、遺伝子への変異誘発効果が高く、変異スペクトルもさまざまであり、今まで得られなかった変異株の取得が可能であるという報告がなされている。そのため、麹菌へのイオンビーム照射の影響や遺伝子の変異スペクトルの解析を行い、イオンビーム照射が麹菌ゲノム構造に与える影響を解析した。その結果、麹菌への最適なイオンビーム照射条件が見いだされ、麹菌においても植物で報告されているような大規模な遺伝子の欠損や構造変化の誘発が可能であることが明らかになり、イオンビームを用いて大規模な変異を指標にスクリーニングを行う新しい麹菌育種法が確立できた。
)ゲノムの変異スペクトル解析田中 寿基*; 豊島 快幸*; 渡部 潤*; 山崎 達雄*; 岩下 和裕*; 三上 重明*; 野澤 樹; 佐藤 勝也; 鳴海 一成
no journal, ,
イオンビームはUV照射等に比べて高い変異率を示し、さらに染色体の大規模欠損を生じうることから、麹菌育種のツールとして有用と考えられる。本研究では、異なる線量での照射によって得られた麹菌変異株について、その変異スペクトル解析を行った。さまざまな線量のイオンビームを照射した麹菌分生子より、セレン酸耐性を指標に又は遺伝子変異株を取得し、そのゲノムDNAを調整した。PCRにより又はを含む領域の増幅を試みた結果、高い変異率を示すことが以前に確認された300から500Gyにおいて、PCR産物の増幅が認められない株が多く見られ、染色体の大規模欠損や再構成が起きていると示唆された。増幅が認められた株について、PCR産物のシークエンス解析を行った結果、変異株の取得できたいずれの線量においても欠失,挿入,塩基置換等の変異が、及び領域のランダムな位置に生じており、さまざまな線量のイオンビームを照射することで、異なるタイプの変異株が創出できると考えられた。
)染色体の再編成誘発豊島 快幸*; 田中 寿基*; 渡部 潤*; 山崎 達雄*; 岩下 和裕*; 三上 重明*; 佐藤 勝也; 鳴海 一成
no journal, ,
イオンビーム照射は、従来のUV照射などに比べて高い変異率を示し、変異導入法として非常に有用である。演者らは昨年度の本大会において、イオンビーム照射により麹菌ゲノムに大規模な領域欠損を誘発することを報告した。そこで、さらにイオンビーム照射が麹菌ゲノム構造へ与える影響を解析するため、変異点の解析を行った。イオンビーム照射により得られた麹菌セレン酸耐性株において、サザン解析を行った結果、遺伝子に大規模な構造変化が生じている株が見いだされた。これらのうち3株について、変異点をゲノムウォーキングにより解析したところ、いずれも異なる染色体のDNA配列と連結しており、染色体間の組換えが示唆された。そこで、パルスフィールド電気泳動により染色体パターンを観察し、サザン解析を行った結果、染色体組換えが生じていることが確認された。このことからイオンビームは麹菌染色体の再編成を誘発することが明らかとなった。
豊島 快幸*; 田中 寿基*; 渡部 潤*; 山崎 達雄*; 岩下 和裕*; 三上 重明*; 佐藤 勝也; 野澤 樹; 鳴海 一成
no journal, ,
麹菌()は醤油,清酒,味噌などの醸造産業において利用される重要な微生物である。われわれはイオンビーム照射によって、より醸造に特化した麹菌の育種について検討を行っている。イオンビームを生物に照射した場合、DNAの2本鎖切断などの損傷とそれに伴う変異が局所的に起こるといわれている。しかし、実際にそのような現象をゲノムレベルで明らかにしている例は少なく、麹菌へのイオンビーム照射の影響についても詳細な報告はなされていない。そこで、イオンビーム照射が誘発する麹菌ゲノムの変異について詳細な解析を行い、麹菌育種への応用について検討した。解析の結果、イオンビーム照射は、DNA配列の数塩基レベルの変異やゲノム構造の大規模な変異を生じさせるといった変異スペクトルの広い変異導入法であることが明らかとなった。
豊島 快幸*; 田中 寿基*; 渡部 潤*; 山崎 達雄*; 岩下 和裕*; 三上 重明*; 佐藤 勝也; 野澤 樹; 鳴海 一成
no journal, ,
麹菌は醤油,清酒,味噌などの醸造産業において利用される重要な微生物である。われわれは、ターゲット遺伝子への塩基配列レベルの変異の解析や、大規模なゲノム変異など、イオンビーム照射が誘発する麹菌ゲノムの変異について詳細に解析し、イオンビームを利用した麹菌育種法の開発を目指した。さらに、取得した変異株を用いたパイロットスケールでの試醸を行い、イオンビーム照射を利用した麹菌育種への可能性を検討した。その結果、イオンビーム照射は、DNA配列の数塩基レベルの変異やゲノム構造の大規模な変異を生じさせるといった変異スペクトルの広い変異導入法であることが明らかとなった。また、イオンビーム照射によって、さまざまな変異株が取得できたことから、イオンビームは、麹菌の育種に有効な方法であることがわかった。
線及びイオンビームを用いた麹菌ゲノムへの突然変異誘発効果の比較高橋 明珠*; 豊島 快幸*; 田中 寿基*; 渡部 潤*; 山崎 達雄*; 岩下 和裕*; 三上 重明*; 佐藤 勝也; 野澤 樹; 鳴海 一成
no journal, ,
これまでに、イオンビームによる麹菌ゲノムへの突然変異誘発の特性を明らかにし、イオンビームが麹菌育種の変異原として有用であることを示してきた。本研究では、線による突然変異誘発効果をイオンビームと比較し、線照射が麹菌の変異原処理方法として有効かどうかを検討した。凍結乾燥した麹菌分生子に照射を行い、生存曲線を求めるとともに、セレン酸耐性を指標に又は遺伝子変異株を取得した。線は生存率を0.1%まで低下させるために、イオンビーム照射に比べ高線量(1400Gy)が必要であり、変異率も1200Gyと高線量で極大を示した。また、突然変異の特性を調べたところ、ゲノムレベルで大規模組換えが起こる一方で、複数個所に点突然変異が非常に多いことが明らかになった。本発表では、これらの結果を踏まえ、線及びイオンビームに誘発される突然変異の特性について考察する。
線照射とイオンビーム照射における麹菌の変異解析高橋 明珠*; 豊島 快幸*; 田中 寿基*; 渡部 潤*; 山崎 達雄*; 岩下 和裕*; 三上 重明*; 佐藤 勝也; 野澤 樹; 鳴海 一成
no journal, ,
麹菌は醤油・味噌・清酒などの発酵食品の製造に幅広く用いられており、より優れた形質を有する菌株が常に求められている。これまでにわれわれはイオンビームにおける麹菌ゲノムへの突然変異誘発特性を明らかにし、イオンビームが麹菌育種の変異原として有用であることを示してきた。本研究では、線による突然変異誘発効果をイオンビームと比較し、線照射が麹菌の変異原処理方法として有効かどうかを検討した。その結果、線照射は麹菌においてイオンビームと同程度の変異率、及び大規模組換えを起こすことが可能であり、イオンビーム照射と同様に麹菌の育種のツールとして有用であると考えられた。しかし、線照射では、多重変異がイオンビーム照射に比べて多いことから目的の場所以外へのランダム変異の可能性がイオンビームより高いことが示唆された。したがって、育種を行う際には、作業の煩雑さ,費用面、そして効果からその時々の使用目的にあった変異原を選択し、用いることが重要である。
