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かずさDNA研究所ニュースレター 第58号
発行日 平成29年1月15日（年4回発行）
企画・編集／公益財団法人かずさDNA研究所 広報・社会連携チーム
ニュースレターは以下のサイトからも閲覧できます。
http://www.kazusa.or.jp/j/information/newsletter.html

かずさDNA研究所

公益財団法人 かずさDNA研究所〒292-0818 千葉県木更津市かずさ鎌足2-6-7
TEL : 0438-52-3900 FAX : 0438-52-3901
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NEWSLETTER

NL58-C

新春のご挨拶

田畑哲之 所長

特集：古代DNAの解析

研究紹介：「DNAマーカーの開発・利用」技術講習会
遺伝子変異による病変の予測

P02. 活動報告
千葉県野生生物研究会のDNA研修会
長生高等学校のSSH生命科学講座
開所記念講演会開催結果

P12. どんなゲノム こんなゲノム「地上最強生物」のゲノムタバコとがんP14. 遺伝子ってなんだろう？
ヘビのからだのつくられ方
熱による痛みを感じない動物

P16. 挑戦！あなたもゲノム博士

2017 JAN58

新春のご挨拶
かずさDNA研究所所長

田畑哲之
たばた さとしイベント等の報告<産学官連携＞
 10月12-14日(水-金)：BioJapan 2016に出展
http://www.ics-expo.jp/biojapan/main/ 11月17/18日(木/金)：農林水産省委託事業「DNAマーカーの開発・利用」技術講習会を開催
 11月30日-12月2日(水-金)：日本分子生物学会に出展
 12月14-16日(水-金)：アグリビジネス創出フェア2016に
出展 http://agribiz-fair.jp/list/detail/b_910.html＜その他＞ *KDRI:かずさDNA研究所に於いて実施
 DNA出前講座
10月18日(火)：八千代高等学校

新年あけましておめでとうございます。
開所から23年目の春を迎え、DNA研究の成11月1/2/8/10日(火/水/火/木)：津田沼高等学校
11月29日(火)：千葉市立星久喜中学校
11月30日(水)：千葉市立千葉高等学校

果が食糧や医療、環境の分野で活かされる事

12月20日(火)：千葉市立土気中学校

例も増えてまいりました。また、2年連続で日

12月22日(木) ：津田沼高等学校

本人研究者がノーベル生理学・医学賞を受賞
し、一般の方々の生物学研究に対する関心も深まったのではないかと思います。私たちも、

 生命科学講座
11月9/16日(水/水)：長生高等学校 (KDRI)
 イベント
11月6日(日)：千葉市未来の科学者育成プログラム

研究成果や科学についての情報を分かりやす（千葉市科学館）

く正しく発信することの重要性を日々感じております。
かずさDNA研究所では、昨年に引き続き、実用植物のゲノム解析や品種改良のための新技術開発や免疫・アレルギー疾患の克服のための研究開発を進めていきます。昨年は、ゲ表紙の写真
研究所の交流棟玄関の向かいにバラ科サクラ属の寒紅梅（落葉小高木）があります。極早咲きで、1月頃に葉の展開に先立って濃いピンク色のきれいな花をつけます。観賞用の花梅なので結実はしません。(交流棟を背景に撮影：平成28年1月16日)

ノム医学に対する新たな取り組みとして千葉大学と連携し、「千葉大—かずさゲノム医学

表紙写真撮影ポイントイニシアチブ」を開始しました。今後も国内外の多くの大学・研究機関・企業と連携して活動していく所存です。
また、中高生への理科教育支援や開所記念講演会などの普及活動に加えて、地域の皆様に研究所に親しんでいただくための初の試みとして、昨年4月に「研究所一日公開」を実施し、多くの方にご参加いただきました。この場を借りてお礼申し上げます。
本年も所員一同、研究や技術開発のさらなる推進と社会貢献に取り組んでまいります。
今後ともお力添えいただきますようお願い申しあげます。
0118

千葉県野生生物研究会のDNA研修会

問題４
ヒトは通常両親からそれぞれ23本の染色体を受け継ぎますが、個々人のもつゲノム配列が全く同じなのはどの組み合わせでしょうか？

千葉県野生生物研究会は県内の高等学校の教員を中心に県内の生物調査を実施しています。活動の一環として、去る8月29日に当研究所においてDNA研修会が開催されました。内容は「千葉県に生息するニホンイシガメの雑種のDNA抽出実験および塩基配列に基づく個体群動態の分析」で、検見川高等学校、市原八幡高等学校と敬愛大学八日市場高等学校の生徒19名と教員6名により、採取したカメ151

A: 親と子供
C: 二卵性の双子

B: 兄弟や姉妹
D: 一卵性の双子個体の血液からDNAを精製・解析し、ニホンイシガメと外来種であるクサガメの雑種の割合などを分析しています。

問題５

長生高等学校のSSH生命科学講座
A: トミー

B: ジミー

C: ケリー

D: ドリー

活動報告

1996年に世界で初めて乳腺細胞由来のクローン羊が誕生しました。スコットランドのロスリン研究 所で 生ま れ 育っ たこ の羊 の名 前は なん でしょうか？

長生高等学校との連携事業は３年目となり、SSH生命科学講座の内容もより充実してきま問題６した。11月9日と16日には約40名の生徒が来1997年公開のアメリカSF映画で、遺伝子操作により管理された近未来社会を描いた「ガタカ」の英語タイトルはどれでしょうか？

所し、各2時間の実習の中で、制限酵素とDNAリガーゼを用いた遺伝子クローニング、大腸菌の形質転換や大腸菌内での深海エビの遺伝子発現など、遺伝子組換え技術の基本操作を体験しました。具体的には、深海エビの発光酵素遺伝子を大腸菌に導入し、深海エビの発光を再現することができました。

A: GATTACA
C: CATTAGA

17

B: TAGGACA
D: GACCATA

02

開所記念講演会開催結果
10 月29日土曜日、かずさアカデミアホール

202会議室を会場に「第22回かずさDNA研究所開所記念講演会」を開催しました。390名

挑戦！あなたもゲノム博士
このコーナーではゲノムに関するクイズを出題します。答えはかずさDNA研究所のＨＰに掲載。
(http://www.kazusa.or.jp/j/information/newsletter.html)の皆様のご参加ありがとうございます。

問題１「日本の未来を変える！？-人工知能とは-」
講師：中尾悠里氏

DNAは、デオキシリボース、塩基とリン酸から構成されていますが、水の中では電気的にどのような状態になっているでしょうか？

（株）富士通研究所人工知能研究センター
パーソナルロボットや自動走行車が開発され、チェスや囲碁で世界チャンピオンに勝利するなど人工知能（AI）の話題をメディアで多く見かけるようになりました。では、人工知能とはどのような技術で、私たちの生活をどう変えていくのでしょうか。
講演では、人工知能の歴史を振り返りながら、機械学習、ディープラーニングなどの関連技術について例をあげてご紹介いただきました。最後に、人工知能が学習できるデータを増やすための取り組みや、

A: プラスに荷電
C: マイナスに荷電

B: 電気的に中性
D: プラス/マイナスが交互

活動報告

医療分野などへの応用例が紹介されました。10年

問題２後、私たちと人工知能のDNAは水中でマイナスに荷電しているので、電場をかけるとプラス極へ移動します。この原理を利用したのがDNAのゲル電気泳動ですが、この手法でDNAの何がわかるでしょうか？

関係はどうなっているのか、非常に興味深い話題でした。

「シバの常緑性を科学する-未来への挑戦-」
講師：明石良氏

宮崎大学農学部教授

ゴルフ場や競技場、公園や庭に植えられているシバはアフリカから東アジア、オーストラリアにかけて分布しています。日本には、主にノシバ（ジャポニカ）、コウシュンシバ（マトレラ）、コウライシバ（パシフィカ）の3種が自生しています。
講演では、日本列島のシバ属の自生地を回って採取 し た シ バの 系 統の 調 査と 、 宮 崎 大 学が か ず さ
DNA研究所と共同で行っているDNAによるシバ属の解析について（2016年3月論文発表）、マトレ
ラはジャポニカとパシフィカの交雑種と考えられる

A: 長さと配列
C: 長さと分子数

B: 長さと量
D: 配列と分子数問題３DNAは小さな分子なので、ゲル電気泳動したDNAを直接見ることはできません。DNAに特異的に結合して間接的にDNAを観察するために用いられる試薬はどれでしょうか？

こと、また、それぞれの種の耐塩性、休眠性と常緑性の違いについて説明いただきました。
最後に、現在取り組んでいる常緑性のシバ系統の育種についてご紹介いただきました。庭に芝生を張っている聴衆の方も多く、熱心に話を聞かれていました。

03

A: 臭化エチジウム
C: 塩化ナトリウム

B: ヨウ化ナトリウム
D: 塩化セシウム16特集：古代DNAの解析
考古学や古生物学の分野でもDNAの研究が行われるようになっています。例えば、現生生物のDNAから推定される種の分岐年代は正しいのか、古人類の骨や歯の形態の比較から得られる系統は遺伝的関係を反映しているの熱による痛みを感じない動物かなどのような疑問も、もし過去のDNAを直接調べることができれば、解決できるかもしれません 。そのような古い標本からの DNAネズミの仲間なのに30年も生きるハダカデ（古代DNA）の解析の今をご紹介します。

バネズミは、地中に集団で棲息しています。外見も変わっていますが、長寿のほか、がんになりにくかったり、炎症反応を促進する唐辛子の遺伝子ってなんだろう？

成分カプサイシンに抵抗性があるなど変わった特徴を多くもっています。
このハダカデバネズミは、熱に対する痛覚の反応がないことも知られています。ヒトやネズミが炎症や熱による痛みを感じるときには、炎古代DNA解析の歴史
まだPCR法が発明されていない1984年に、約100年前に絶滅したクワッガ（Quagga）の皮膚標本から採取したミトコンドリアDNAを現生のウマ類と比較し、シマウマの仲間であることを確認したのが、古代DNA解析の先駆け的研究とされています。

症部位で産生した神経成長因子（NGF）が感覚神経の細胞表面にある受容体（TrkA）に結合して、痛みを増感させ、信号が脳に伝わります。
そのため、痛みを感じることができない全身無痛症の患者さんに、NGFやTrkAの遺伝子に変異がみつかる場合があります。
ドイツとイギリスの研究グループが、なぜハダカデバネズミが熱を感じないのかを調べたと
ころ、ハダカデバネズミのTrkA遺伝子のDNA配列が変化していることを見つけました。そして、細胞を使った実験で、ハダカデバネズミのTrkAはNGFの刺激に対する反応性が低いことを明らかにしました。
ハダカデバネズミは温度変化の少ない地中に住み、常に密集して肌をこすり合わせる生活の中で、熱に対する敏感なセンサーが必要なくなったのかもしれません。
2016年10月11日 Cell Reports

15

生きたクワッガの写真/1870年撮影(Wikimedia Commonsより)

21世紀になって次世代シーケンサーが登場すると、後述するようにその解析方法が古代DNA解析に向いていたこともあり、2万8000年前の冷凍マンモスや4万3000年前から5万年前のネアンデルタール人に始まり、多くの生物の古代DNAが解析されるようになりました。
このまま技術が進めば、恐竜のDNAも解析できるのでは、と期待される方もでてくると思いますが、残念ながらDNAの半減期は521年と算出されており、およそ150万年あたりで意味のある配列はほとんど失われるだろうといわれています。約70万年前のウマのゲノムがほぼ最古の例になると思われます。

04

個体の死後に起こるDNAの変化
生物が死ぬと、ゲノムDNAは自身の持つ酵素や微生物によって断片化され、50〜60塩基以下の長さになります。また、塩基が化学的に変化し、別の塩基に近い形になることもあります。これまでの解析により、AとTの塩基の割合が高い領域は分解されて残りにくいこと、切断部位近くの配列は信頼性が低いこと、GとTの塩基が切断部位末端に多いことなどが分かってきました。

ヘビのからだのつくられ方
多くの動物では胚発生時に、手足などのできる場所を決める“体節”が体軸に沿ってつく

現在の解析装置の主流である次世代シーケられます。爬虫類のなかでも、胴が長く、手ンサーは、長いDNAを短く断片化して解析し足のないヘビはゲノム配列のどのような変化ます。そのため、経年劣化により50〜60塩基でその体を手に入れたのでしょうか。

以下に断片化されている古代DNAは解析しやすいサンプルといえます。とはいえ、それら欧米の研究グループは、Gdf11遺伝子を欠のDNAサンプルには、採取現場や周辺環境、いたマウスで肋骨の数が増えることに気づき実験者などから持ち込まれた目的外のDNAも解析したところ、iPS細胞作製に必要なOct4含まれることもあり、古代DNAから得られる遺伝子が、胚発生時に体軸の後方で発現してデータがわずかであることも多いのです。

いました。そこで、Oct4を体軸の後方で長く発現するようにしたマウスを作製したところ、また、古代人骨から信頼性の高いデータを肋骨が30本にまで増加しました。肋骨の多い得るためには、同じヒトである現代人DNAのヘビでも同様なOct4の発現があり、Oct4の発混入に対して特に注意が必要です。例えば、現時間の長さが肋骨の数を増やし、胴の長さサンプル採取の際に下顎の奥歯の根元などのを決めていることが示唆されました。

汚染されにくい部分を用いたり、サンプルをまた、米国のグループは、手足の形成に関扱う作業者を限定する一方で、複数の研究室わるShh遺伝子の上流部分であるZRSと呼ばで解析を行って結果を照合するなど正確性をれる領域のDNA配列を6種のヘビとシーラカ期す工夫がなされています。

ンスやヒトなどと比較し、ヘビに特異的な17遺伝子ってなんだろう？

DNAサンプルの調製と解析塩基の欠失を見つけました。そこで、マウスの同じ部分をゲノム編集技術を用いてヘビ型に変えた ところ 、手足 の もととなる 場所でShh遺伝子の発現がなくなり、手足が失われたマウスが誕生しました。
これらの研究は、遺伝子発現のちょっとしシーケンス装置で得られた多くの配列データから、古代DNAの解析用に開発されたソフた変化で見た目の変化が生じることを示しています。

トウェアなどを用いて古代 DNA由来の配列

05

データをフィルタリングした後、集団遺伝学

2016年8月8日 Developmental Cell的な解析を行い、結果を考察します。

2016年10月20日 Cell

14

DNA配列の比較
もし生殖細胞のDNAに変異が生じると、それが子孫に伝わる可能性があります。その変異が生存に有利な場合は集団内に広がり、有害な場合は淘汰されていきますが、どちらでもない（中立な）場合はその変異がゲノムに蓄積していきます。ゲノムDNAに起きる変化のうち、A,T,G,Cの4種類の塩基の特定の場所

タバコとがんでの一塩基の違いを一塩基多型（スニップ；SNPs ） と い い ま す 。 ヒ ト 集 団 全 体 で は 約

喫煙ががんの発症と関連があることは、疫学1000万個のSNPsがあり、共通するSNPsを持的調査やタバコに含まれる多種類の発がん物質つかどうかで系統関係を辿ることができます。

により明らかですが、実際にタバコが私たちのどんなゲノム こんなゲノム体にどのような影響を与えているのかについては、まだよく分かっていないところがあります。
そこで日米欧の研究グループは、国際がんゲノムコンソーシアム（ICGC）が17ヶ国で収集したがんゲノムデータから、喫煙者と、喫煙歴の全くない人に生じた、17種類のがん（5243症例）のがんゲノム変異データを解析し、タバコがゲノムに与える影響を調べました。
すると、これまでの研究でも示されているよDNAに変異が蓄積していくイメージ

うに、喫煙者のがんでは突然変異が有意に多く見つかりました。その増加率を喫煙量で計算し古代DNAの解析技術の進歩により、世界各たところ、1年間毎日20本喫煙した場合に、肺地の遺骨が研究され、初期人類の拡散ルートで150個、喉頭（のどの下方）では97個の突が徐々に明らかになってきています。日本は然変異が蓄積すると推計されるとのことです。

もちろん、中国や太平洋諸島の島々などからまた、さまざまな部位にあるがん細胞の突然見つかった遺骨からも古代DNAの解析が行な変異のパターンから、肺や喉頭、肝臓などではわれているとのことですので、近い将来にはタバコに含まれる発がん物質の直接的な作用に「人類はどのルートで広がったのか」、日本より突然変異が生じていること、膀胱や腎臓な人のルーツも明らかになることでしょう。

どでは、発がん物質とは異なる別の間接的な影響により突然変異が生じている可能性があることなどが分かりました。
日本では喫煙者のがんで死亡するリスクは、吸わない人に比べて男性で2倍、女性で1.6倍あるのだそうです。まずはその1本から、減らしてみませんか。
2016年11月4日 Science13

古人類のDNAが解析されている場所（DNA Research,2016, 23(4), 295–310. Figure 2）
赤紫：鉄器時代、青：青銅器時代、紫：金石併用時代、
赤：新石器青銅器時代、緑：新石器時代、黄：中石器時代、
水色：旧石器時代

06

古代DNAから分かってきたこと
ドイツの研究グル ープ によるネアンデルタール人のゲノムの解析から、アフリカ人以外の現代人は、ネア ンデ ルタール人由来のDNA配列をもっていること、現代オセアニア人はネアンデルタール人以外の古人類（デニソワ人）由来のDNA配列ももっていることが分かりました。また、ユーラシア人におけるネアンデルタール人のDNAの割合は、石器時「地上最強生物」のゲノム代には4〜6％だったのが、現代人では1〜2％に減少してきていることも分かっています。

「地上最強生物」と呼ばれることもあるク

さらに、歯石に残る細菌のDNAとタンパク

ク マ ムシ は 体長 0.05~1mm ぐ ら いの 緩歩質の解析から、青銅器時代のユーラシアでペ（かんぽ）動物門に属する動物で、乾燥させスト菌が流行したことや、新石器時代初期にても仮死状態になって生きのびることができ、農耕が広がるにつれて歯周病菌が増加したこ

さらに、真空や大量の放射線にも耐えることとなど、古代DNAによる過去の病気についてができます。の研究が進んでいます。

東京大学を中心としたグループは、クマム
シが極限的な環境に耐性を示す仕組みを明ら

解析技術の進歩により、古代DNAの“修飾”かにする目的で、特に強い耐性を持つヨコヅも解析できるようになってきているのだそう

ナクマムシのゲノムを解析し、約2万個の遺伝です。ゲノムDNAの中の4つの塩基のうち、C子を同定しました。うち50%強は他の動物に（シトシン）についている水素がメチル基（-似た遺伝子があり、40%が新規遺伝子、1.2%CH3 ）に変 わっ ている も のがあ り 、こ れをが微生物などに由来する外来遺伝子でした。

「メチル化」といいます。最近の研究で、ゲそのうち、Dsup (Damage Suppressor)とノムDNAのメチル化のパターンから年齢が推名付けられたクマムシ固有のタンパク質は、測できる方法が提案され、このアプローチを

ク マ ム シ の 核 DNA に 結 合 し ま す 。 そ こ で 、応用することで、一部の骨しか得られていなDsupタンパク質をヒトの培養細胞に導入した

い古代人の死亡年齢を予測することが可能に

ところ、X線照射によるDNAの切断率が半分になっています。

減少し、また活性酸素による切断からもDNA

どんなゲノム こんなゲノム

マムシという生物をご存知でしょうか？

が保護されていることが分かりました。
古代DNAの解析は日本でも進んでおり、縄文遺跡に残るクリのDNAを調べたところ、中期縄文人が人為的にクリの木を植えていたこクマムシの研究が進むと、ヒトも放射線に耐えられるようになるのでしょうか。とを示唆するデータなども出ています。日々の研究の2016年9月21日 Nature Communications

進展により、有史以前の歴史像がより明らかになってきています。

写真はオニクマムシ
https://commons.wikimedia.org/wiki/File:SEM_imag
e_of_Milnesium_tardigradum_in_active_state_-_jour
nal.pone.0045682.g001-2.png?uselang=ja

参考文献：
2016年7月19日 DNA Research0712遺伝子変異による病変の予測
かずさDNA研究所と広島大学、岐阜大学、米国ロックフェラー大学との共同研究/国立研究開発法人日本医療研究開発機構（AMED）のサポートによる「DNAマーカーの開発・利用」
技術講習会

次世代シーケンサーが医療現場に導入されるダイコンやナスなどの有用作物の全ゲノム配列ようになり、患者さんのゲノムを調べることで、の解析を進めてきました。何で植物ばかり？と病気の原因となる変異を容易に見つけられるよ

聞かれることもあります。ゲノムは生き物の設うになりました。しかし、病気の原因となる遺計図と言われますが、もし有用な植物の設計図

伝子の中には、変異が入った場所により全く異があらかじめ分かっていたら、DNAを調べるなった症状を示すものもあり、病気になる仕組ことで、多数の交配してできた植物の中から、みの解明と治療法の確立を難しくしています。

有用な遺伝子をもっている個体を簡単に選別す

そこで研究チームは、それぞれの遺伝子変異ることができます。結果、品種改良の時間を短によりどのような病変がもたらされるのかを高くすることができると期待されています。

精度に予測する方法の開発に取り組みました。
私たちの体を感染症などから守るのに働く遺形質の良い植物にはどのような遺伝子が関係

伝子のひとつであるSTAT1を例として、遺伝しているんだろうか？自分が育てている植物に子を人為的に改変し、変異の参照データベースは両親の形質がきちんと入っているんだろうを確立しました。そして、既知のSTAT1遺伝か？このようなことを簡単な実験で調べるとき子変異と比較したところ、既存の予測方法よりに「DNAマーカー」というものを利用します。

研究紹介

研究紹介

かずさDNA研究所では、トマト、イチゴ、高い確率で症状を引き起こす変異かどうかなどを判定できることが分かりました。

当研究所では、この「DNAマーカー」を利用した植物の品種確認、品質管理や純度検定な

このようなデータベースが他の遺伝子でも確どに関わる研究や受託解析を行っていますが、立できれば、網羅的解析により同定される多数

この「DNAマーカー技術」を広く普及させるのアミノ酸置換から病気の原因となる変異を判ことを目的とした技術講習会を開きました。

定することができると期待されています。
図はSTAT1のアミノ酸配列（青；変異部位、赤；疾患と関係する変異部位）と３次元構造モデル
A Hijikata, et al. Mutation@A Glance: an integrative
web application for analysing mutations from human
genetic diseases. DNA Res. 17, 3, 197-208, 2010.

2016年12月20日 The Journal of Allergy andClinical Immunology

1111 月 17 日 か ら の 2 日 間 で 開 催 し た 「 DNA
マーカーの開発・利用」と題したこの技術講習
会は、農林水産省の「種苗産業におけるオープンイノベーションの推進委託事業」の一環として行われ、全国23社の種苗会社から30名の方が参加されました。

08

技術講習会の実際抽出したDNAの一部分を増やしましょう！
DNAマーカーでの解析を行うためには、両今回の講習会では、「DNAマーカーによる親の間で異なる目印（＝多型）があることが必種子の純度検定」を行いました。どのような内要です。今回はF1にその違いが引き継がれる容だったのでしょうか？皆さんもバーチャルで多型配列 [短い塩基の繰り返し配列（SSRマーお楽しみください。

カー）] を含むDNA断片をポリメラーゼ連鎖反応（PCR）で数百万倍に増幅します。

何を調べるの？
性質の異なる２つの品種を掛け合わせると、次の世代の子孫（F1）は、両親の良い性質が優先して現れますが、スーパーに並んでいる野増幅したDNAの長さを比較しましょう！

遺伝子が次世代の種子にきちんと入っているのSSRマーカーは、系統が違うとその繰り返しかを調べるのが、「F1種子純度検定」です。

配列の長さが異なるので、両親由来のSSRマー農家の方にもとても重要なポイントになります。

カーを含む２種類の長さの異なるDNA断片を今回はある植物の種子10粒のDNAを調べます。

もっていれば交配がうまくいったことになります。そこで、ゲル電気泳動法によりPCRで増幅種子からDNAを抽出しましょう！
種苗会社の方でも簡単に実験ができるように、したDNA断片の長さを比較することによって、期待されるF1種子かどうかを判定できます。

DNA抽出の実験にはできるだけ安価で簡単な

研究紹介

研究紹介

菜のほとんどはこのF1品種です。両親のもつ方法をご紹介します。

純度検定の結果はどうだったでしょうか？
ゲル電気泳動の結果（上図右）を見てみま
し ょ う 。 左 か ら 2 列 目 と 3 列 目 に 両 親 の SSR
マーカー由来のDNA断片のパターンが示されています。10粒の種子のDNA断片のパターンを見ると、8粒は両親由来で、2粒は片親由来のパターンでした。結果、F1種子純度は80％となります。
講習会では、実験のほか、「F1種子純度検定」、「DNAマーカーの探索・作成方法」、「DNA抽出法や多型検出法」などの講義も行われました。
0910