农研机构は、シルクタンパク质产生に重要な时期のカイコ幼虫においてどのような遗伝子が生体内のどこでどの程度働いているか(网罗的遗伝子発现)がわかるデータを作成?公开しました。本成果は、カイコの高いタンパク质合成能力をさらに引き出して、有用タンパク质の生产にカイコを活用する道を拓くと期待されます。
研究データ公开
カイコは绢糸を生产する家畜化された昆虫です。农研机构は绢糸の构成成分となる2种类のタンパク质(フィブロインとセリシン)が合成される器官(绢糸腺)で他の生物が持つ遗伝子を働かせて有用タンパク质をカイコに作らせる技术を以前に开発しており、これまでに动物医薬品の原薬の生产等に利用されています。现在は、この技术を改良し有用タンパク质の生产量を上げることでより広汎なタンパク质の产生に利用できるよう研究を进めています。
有用タンパク质の产生効率向上には个々の遗伝子机能だけではなく、特定条件下での遗伝子発现の変化を网罗的に捉えた遗伝子発现データが重要になります。そこでシルクタンパク质产生に重要な时期のカイコ幼虫における网罗的遗伝子発现データを取得しました。さらにヒトやショウジョウバエの遗伝子情报との対応づけを行うことでこれらのデータベースにある膨大な遗伝子情报の利用を可能にしました。得られたデータはカイコの一生で特に多様で重要な生命活动が起きる时期に得たものであるため、カイコにおける有用タンパク质产生の研究のみならず、カイコや他の生物种の基础から応用までの様々なフェーズの研究を促进することが期待されます。そのため、本データを公开することにしました。
得られたデータは农研机构が公开しているカイコゲノムデータベース?碍础滨碍翱产补蝉别(カイコベース)に公开しています。今后はこの网罗的遗伝子発现データを用いたデータ駆动型研究(注1)を実施し、个々の遗伝子の関连性を解明して、有用タンパク质の生产を制御する遗伝子群を同定することで、カイコによる、动物やヒト用の医薬品原薬などの有用タンパク质の产生能力を向上させ、本技术の普及を目指します。
＜関连情报＞
予算：農林水産省委託プロジェクト?蚕業革命による新産業創出プロジェクト?、内閣府 戦略的イノベーション創造プログラム(SIP)?昆虫(カイコ等)による有用タンパク質?新高機能素材の製造技術の開発?実用化?
発表内容
【开発の社会的背景】
カイコは绢糸生产に用いられる家畜化された昆虫です。多量の绢糸を产生する系统や高品质の绢糸を产生する系统を作製するために、农研机构は长年カイコの研究を进めてきました。一方、1980年から2000年にかけてカイコで动物やヒト用の医薬品原薬となる有用タンパク质生产を行う方法が开発されました。これにより、カイコは?有用タンパク质を作る家畜?として新たな価値が见出されました。农研机构では、绢糸の构成成分となる2种类のタンパク质(フィブロインとセリシン)が合成される器官(绢糸腺)で、外来の有用タンパク质をカイコに作らせる技术を开発しました。この技术の普及には更なる生产性の向上が求められており、それにはカイコのゲノム情报(注2)や遗伝子の発现情报等の基盘情报が重要になります。そのため2004～2009年に本研究所が中心机関となり世界に先駆けてカイコゲノム情报やそれに付随した遗伝子の発现情报の取得?整理を行い、データベース?碍础滨碍翱产补蝉别を构筑し、公开しました
【研究の経纬】
农研机构は碍础滨碍翱产补蝉别を通じて、カイコやその他の昆虫の様々な研究の推进に贡献してきました。一方で、ゲノム塩基配列情报を解析するシーケンス装置(注3)はこの10年で飞跃的に発展し、膨大な塩基配列データが极めて低コストで得ることができるようになりました。そこで、2019年に农研机构は东京大学、遗伝学研究所と共同でカイコの高精度ゲノム情报を取得し、碍础滨碍翱产补蝉别を大幅に改良し、公开しました。
カイコによる、有用タンパク質のさらなる産生効率の向上には、個々の遺伝子機能だけではなく、特定条件下における様々な組織における遺伝子発現の変化を網羅的に捉えた遺伝子発現データが重要になります。今回、広島大学大学院统合生命科学研究科、情報?システム研究機構データサイエンス共同利用基盤施設ライフサイエンス統合データベースセンターと共同でカイコの様々な組織における遺伝子の網羅的な発現データを取得しました(図1)。これらのデータはカイコの一生の中で特に多様で重要な生命活動が起きる時期に得たものであるため、カイコにおける有用タンパク質産生の研究のみならず、カイコや他の生物種の基礎から応用までの様々なフェーズの研究を促進することが期待されます。そのため、本データを公開することにしました。
【研究の内容?意义】
1.遗伝子発现を调べた个体や组织について
绢糸(シルク)の生成に重要な时期である5齢3日目の幼虫3匹から个体别に绢糸タンパク质を生成する绢糸腺や他の主要组织を含む、合计10种类のサンプルを取り出し、搁狈础-蝉别辩(注4)データを取りました。
2.新规遗伝子の同定及び完全长塩基配列データの取得
得られた搁狈础-蝉别辩データを以前构筑した高精度のゲノム配列データと组み合わせて解析することによって、これまで配列决定が困难だったセリシン遗伝子(注5)群の完全な塩基配列データを得ることができました。この知见によって、従来よりも机能强化された(例えば、伸缩性や强度に优れた)シルクの创出に役に立つと期待されます。
3.信頼性が高い、网罗的遗伝子発现データの取得
全遗伝子の発现量データを上记のサンプルごとに得ることができました。データを解析した结果、异なる个体でも同じ种类のサンプルである场合は非常に発现量が似ていることが明らかになりました。これは得られたデータの信頼性が高いことを示しています。
4.ヒトやショウジョウバエの遗伝子との対応づけ(データの连携)
ゲノム塩基配列データは基本的に4种类の塩基で构成されているので异なる生物间でも比较することができます。そこで新规に特定された遗伝子を含むカイコの遗伝子情报をショウジョウバエやヒトの遗伝子情报と対応づけました。ショウジョウバエやヒトは、これまでの研究による膨大な知见?データの蓄积がデータベースにあります。これらの知见はそれぞれの遗伝子情报に対して滨顿で対応づけされています。そこでカイコとショウジョウバエおよびヒトとの対応づけを行うことによって、カイコの遗伝子にショウジョウバエやヒトのデータを付けることを可能にしました(図2)。纽づけされた遗伝子の机能に関するデータを利用して、前部绢糸腺(注6)では生物のエネルギー源となる炭水化物の代谢に関わる遗伝子が强く働いていることが明らかになりました。これらの新规知见から、遗伝子组换え技术等によって炭水化物代谢を活性化させることで、シルクの生产性が向上する可能性を明らかにしました。
5.全関连データの公开(谁でも再利用可能に。)
1.から4.で得られた全てのデータは公共のデータベースに公开されています。この他の解析の际の関连ファイルも全て公式のデータレポジトリに公开しており、原着论文経由で、谁でも再利用が可能です。一方、高度なデータ解析技术を持たなくてもこれらのデータを利用できるように、农研机构が公开している に収録し、データの検索?利用を可能にしています。碍础滨碍翱产补蝉别ではキーワード検索などで遗伝子を検索し、その発现量を调べることが可能です。详细に関しては碍础滨碍翱产补蝉别のページを参照してください。
【今后の予定?期待】
今回得られた遗伝子発现データは汎用性の高い情报ですので、カイコや他の生物种の基础から応用までの様々なフェーズの研究を促进することが期待されます。
农研机构では、本研究で得られた网罗的発现量データを用いたデータ駆动型研究によって、各遗伝子间の関连性を解明し、有用タンパク质の生产を制御する遗伝子群を同定することで、従来よりも高効率に动物やヒト用の医薬品原薬などの有用タンパク质を产生するカイコの作出を目指します(図3)。
用语解説
(注1)データ駆动型研究：事前に想定される仮説を考えずにデータを取得し、解析をすることで、仮説を导きだす方法です。
(注2)ゲノム情报：遗伝子の実体である顿狈础の配列全体を指します。
(注3)シーケンス装置：顿狈础や顿狈础の必要な情报をコピーした搁狈础の配列情报を决める装置です。配列情报を解析することで、どのような遗伝子を持っているか、どのような遗伝子が働いているかを明らかにできます。
(注4)搁狈础-蝉别辩：生体内からとりだした搁狈础の塩基配列を决める手法です。この手法で生み出されたデータを解析して、取り出した生体内でどのような遗伝子が働いているか(発现しているか)を网罗的に调べることができます。
(注5)セリシン遗伝子：カイコが绢糸を作る际に作られる、糊のような役割を持つタンパク质の设计図となる遗伝子です。
(注6)前部绢糸腺：绢糸を合成する器官である绢糸腺の一部で、绢糸タンパク质を脱水させて、绢糸タンパク质の构造を変える役割を果たしています。
図1 発现データの取得
绢糸の生成に重要な时期である5齢3日目の幼虫の主要な组织から搁狈础を抽出し、それぞれの组织における遗伝子発现データを取得、さらに参照搁狈础塩基配列を取得しました。
図2 ヒトやショウジョウバエとの比较
カイコの遗伝子に関するデータが少ないため、カイコの遗伝子をヒトやショウジョウバエの遗伝子と対応づけすることで、ヒトやショウジョウバエの遗伝子に纽づいている膨大なデータをカイコの遗伝子に利用することを可能にしました。
図3 研究成果の活用
本研究成果である网罗的発现量データを用いてデータ駆动型研究を実施します。有用タンパク质を高効率に产生するカイコを作出することで、カイコによる有用タンパク质产生技术の普及を目指します。
论文情报
- 掲載誌: Insects 2021, 12(6), 519
- 論文タイトル: Reference Transcriptome Data in Silkworm Bombyx mori.
- 著者名:Kakeru Yokoi*, Takuya Tsubota*, Akiya Jouraku, Hideki Sezutsu and Hidemasa Bono
＊両着者同等贡献
- DOI: https://doi.org/10.3390/insects12060519
【お问い合わせ先】
(研究に関すること)
研究推进责任者：农研机构生物机能利用研究部门
所長 吉永 優
研究担当者：同 生物機能利用研究部門 昆虫利用技術研究領域
(兼)同 基盤技術研究本部 農業情報研究センター AI研究推進室
主任研究員 横井 翔
TEL 029-838-6129
(报道に関すること)
同 生物機能利用研究部門 研究推進部
研究推進室長 古澤 軌
TEL 070-4880-4356
プレス用e-mail nias-koho＊ml.affrc.go.jp
&苍产蝉辫;(10月1日以降は别-尘补颈濒のみの受付とさせていただきます。)
広岛大学 财务?総务室 広报部広报グループ
プレス用e-mail koho＊office.hiroshima-u.ac.jp
大学共同利用機関法人 情報?システム研究機構 データサイエンス共同利用基盤施設
ライフサイエンス統合データベースセンター(DBCLS) 広報担当
プレス用e-mail public_relations＊dbcls.rois.ac.jp
(注: ＊は半角@に置き換えてください)
本资料は农政クラブ、农林记者会、农业技术クラブ、筑波研究学园都市记者会、広岛大学関係报道机関、文部科学省记者クラブ、科学记者会に配付しています。
※农研机构(のうけんきこう)は、国立研究开発法人 农业?食品产业技术総合研究机构のコミュニケーションネーム(通称)です。
新闻、罢痴等の报道でも当机构の名称としては?农研机构?のご使用をお愿い申し上げます。
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