公益社団法人全国競馬・畜産振興会(JRL)創立30周年記念講演会テーマ「畜産ゲノム研究の過去から未来へ」、2021/10/7日本中央競馬会別振興資金助成事業「畜産ゲノムの研究と遺伝病の克服」和牛ゲノムデータベースによる遺伝的不良形質の原因変異の迅速な解明講師:琉球大学農学部亜熱帯農林環境科学科佐々木慎二東京大学大学院新領域創成科学研究科鈴木穣
IARS異常症Hirano, 2013, Plosone 2
近交化本中史観馬会引根頼官金助成事業黒毛和種の強化ゲノム情報の改善・活用事業(令和2-4年度)畜産技術協会、東京大学、琉球大学1）迅速、確実に有害変異を特定2) DNA診断法の開発補強和牛ゲノムデータベース（WGDB） *黒毛和種集団の多型、変異を網羅
[順遺伝学的手法] [逆遺伝学的手法] (1) ・臨床症状• DNAサンプルSNP chip 1）疾患-変異データベース• ClinVar • OMIA、その他病態に関与すると考えられる候補分子公共データベースと組み合わせ臨床症状(表現型値)原因変異候補事前リストアップ終止コドン、フレームシフト、スプライス異常、アミノ酸置換など頻度情報ROH除外和牛ゲノムデータベース(WGDB)種雄牛•  74頭:全ゲノム• 517頭: exome • 2000頭HD SNP、その他型判定遺伝学的解析2） ・家系解析、ハプロタイプ解析・ゲノムワイド関連解析原因領域の位置を特定原因変異を特定領域にどうような変異があるか検索和牛ゲノムデータベース（WGDB）へ至る経緯1）ウシのゲノムツールの開発の経緯（杉本所長）和牛ゲノムデータベース（WGDB） 2) •活用(2例) •管理（和牛ゲノムデータベース協議会） 3）ウシのゲノムツールの今後
畜産技術協会附属動物遺伝研究所所長杉本喜憲1993.4動物遺伝研究所（Shirakawa Institute of Animal Genetics : SIAG）マイクロサテライトマーカーの開発DIKマーカー   (Doubutsu Iden ken) 1994連鎖地図BovMap <参画USDA-MARC 1997  連鎖地図  USDA-MARC 1236個のマイクロサテライト（スタンダード） 2000マイクロサテライトの大規模な開発、高密度化2004   連鎖地図: 3,802種マイクロサテライト: Shirakawa-USDA連鎖地図物理地図: SUN-RH物理地図(Shirakawa-University of Nevada Radiation Hybrid)ウシゲノム解読(1頭のヘレフォード) 2009
ウシゲノムの解読に寄与(2009) Science, 324, p522-528
1)参照ゲノム2)次世代DNAシークエンサーの普及Short read (100-250bp) mapping多様体(多型、変異)の網羅的解析3)SNPチップの市販(2007) 384検体/ 3日間3万～77万SNP 5千～ 1.9万円4)多数の個体データベースIllumina iScan (例:ヒト)  ＊ 1000 genome project * deCODE genetics個人個人のゲノムの違いウシの利点1）血縁関係が近いため、少数個体の解析で、集団の多様体を網羅できる。 2)凍結精液が保管
参照ゲノムに短いDNA断片をマッピングすることで、変異を検出gA3 qAS qB2 qU3 9C2 qui qCl dC3 g C4 dC2 dCP qDI qD2.1 gC7 qD2.2 qD2.3 140,586,700 bp 140,586,800 bp 546 bp 140,586,900 bp 140,587,000 bp短い断片と参照ゲノムを比較（マッピング）
2012    1000 bull genome project (国際コンソーシアム) 234頭の雄牛ゲノムの公開2014 129:ホルスタイン47:アンガス43 :シンメンタール15:ジャージー Nature Genet,46, p858-65 2020 1000 bull genomes project 5,000 cattle (200+ breeds of Bos species) 「公開を前提」 2012和牛ゲノムデータベース「和牛の胚死滅を引き起こす劣性変異の探索」農食事業エクソーム（個別） 2015 「和牛の多様体データベースの構築による子牛生産阻害因子の迅速な解明」生研支援センターエクソーム（集団）、全ゲノム2017和牛のゲノム情報強化事業(JRA)プラチナゲノム(haplotypeレベル) 2018 「和牛のゲノムデータベースと地域サンプルを活用した生産阻害因子解明のための解析プラットフォームの構築」生研支援センターデータベースの構築2020黒毛和種の強化ゲノム情報の改善・活用事業（JRA）データベースの改善、利活用和牛ゲノムデータベース（WGDB）へ至る経緯1）ウシのゲノムツールの開発の経緯（杉本所長）和牛ゲノムデータベース（WGDB） 2) •活用(2例) •管理（和牛ゲノムデータベース協議会） 3）ウシのゲノムツールの今後
*ゲノム選抜で、健康な牛の数万から数十万頭のSNPデー VanRaden, PM, 2011
[順遺伝学的手法] (1) ・臨床症状• DNAサンプル公共データベースと組み合わせ[逆遺伝学的手法]臨床症状(表現型値) SNP chip型判定疾患-変異データベース1） • ClinVar • OMIA、その他病態に関与すると2）考えられる候補分子原因変異候補リストアップ終止コドン、フレームシフト、スプライス異常、アミノ酸置換などROH除外原因領域の位置を特定原因変異を特定和牛ゲノムデータベース(WGDB) (2)領域にどうような変異があるか検索種雄牛•  74頭:全ゲノム• 517頭: exome • 2000頭HD SNP、その他遺伝学的解析•家系解析、ハプロタイプ解析・ゲノムワイド関連解析
CDC45に有害変異(g.74743512 G>T)
健常集団でハプロタイプ頻度が約5%あるのに、ホモ接合が存在しない領域
ヘテロ接合同士の交配(4ペア)初期胚(Day 12胚)
Scientific Reports, 11:6687(2021)
WGDBを活用してCDC45に有害変異(g.74743512 G>T)
chi = 9.83 P = 0.0017き起こす劣性変異
[正常母牛] [発症母牛] 1、受精卵移植（同じ親の組み合わせ）で黒毛、ホルスタインでも胎膜水腫2、特定種雄牛の後代で発生事例35件/5年間3、0.083％(一般集団0.01％) 4、17例で母子とも死亡
始祖牛（共通祖先）劣性変異が存在するゲノム領域が備えるべき要件1)発症胎子:リスクタイプがホモ接合2)正常子牛:ヘテロ接合、または、正常型のホモ接合3)発症胎子の父、母:ヘテロ接合4)共通祖先:ヘテロ接合5) 1–4)のリスクタイプが共通の由来＞＞同祖性IBD  (Identical by desent)健常健常健常発症劣性変異が存在するゲノム領域の検索
発症6頭対照17頭発症個体で共通してホモ接合AA=blue BB=light blue両親がヘテロ、共通祖先から伝達常染色体劣性遺伝正常成牛450頭でホモ接合なし
Cattle_risk-allele Cattle_ref-allele Human Chimpanzee Rhesus monkey Dog Mouse Rat Chicken Xenopus NEKRARGFFNYQASIFAENFGLSFTKGE NEKRARGFFNYQASIFAENFGPSFTKGE NEKKSRGFFNYQASIFAENFGPRFTKGE NEKKSRGFFNYQASIFAENFGPRFTKGE NEKKSRGFFNYQASIFAENFGPRFTKGE NEKKSRGFFNYQASIFAENFGPSFTKGE NEKKSRGFFNYQASIFAENFGPSFTKGE NEKKSRGFFNYQASIFAENFGPSFTEGE NEKKARGFFNYQASIFAENFGPDFRSGE KEKRAQGFFNYQATIFAENFGPDFRNGE 1 ) Na + − K + − 2CI−の共輸送体(フロセミドのターゲット)、腎臓の水の再吸収2)腎臓発現（ヘンレのワナ上行部、遠位尿細管） 3)ヒトバーター症候群I型の原因遺伝子Animal Science, 88, p1459–1464 (2017)
[順遺伝学的手法] [逆遺伝学的手法] (1) ・臨床症状• DNAサンプル公共データベースと組み合わせ臨床症状(表現型値) SNP chip型判定1）疾患-変異データベース• ClinVar 2） • OMIA、その他病態に関与すると考えられる候補分子原因変異候補リストアップ終止コドン、フレームシフト、スプライス異常、アミノ酸置換などROH除外原因領域の位置を特定原因変異を特定領域にどうような変異があるか検索和牛ゲノムデータベース(WGDB)種雄牛•  74頭:全ゲノム• 517頭: exome • 2000頭HD SNP、その他遺伝学的解析•家系解析、ハプロタイプ解析・ゲノムワイド関連解析(2)
和牛遺伝資源国内活用協議会ポスターゲノム配列情報（デジタルデータ） ＞＞有体物ではない遺伝資源ではない？？ ＞＞流出(個体、凍結精液、受精卵)公共データベース(フリーアクセス)閉鎖型研究支援型データベース海外の研究者「海外で特許＞国内生産者が特許料を払う」 「和牛の優位性が侵害される報告」など[生物多様性条約及び名古屋議定書ABS] • 遺伝資源へのアクセス（A: Access） • 遺伝資源から得られる利益配分（B: Benefit、S: Share） ＞デジタル配列情報の取扱いが議論中！和牛研究者グループ(管理規程) 「国内で保護しつつ、研究者が研究できるように整備する」研究成果物を「人類の知」として公開国内産業を保護
1 )遺伝性疾患の原因変異を迅速な特定、排除和牛ゲノム情報の保護、利活用2)和牛の持続的な生産・育種改良
日本中央競馬会畜産振興事業農林水産省農林水産技術会議農林水産業・食品産業科学技術研究推進委託事業農研機構生研支援センターイノベーション創出強化研究推進事業
[持続的な改良・生産] 2)遺伝的不良形質制御1)育種改良(ゲノム選抜) (WGDB) 1）迅速、確実に有害変異を特定2) DNA診断法の開発1)和牛の生産性の向上2)和牛の増頭、輸出拡大に寄与「生産の質」を下げる疾患*病傷事故の95％（加療後、死亡）和牛ゲノムデータベース（WGDB）へ至る経緯1）ウシのゲノムツールの開発の経緯（杉本所長）和牛ゲノムデータベース（WGDB） 2) •活用(2例) •管理（和牛ゲノムデータベース協議会） 3）ウシのゲノムツールの今後
動物遺伝研究所年報平成5年(1993) 1年平成15年(2003)平成25年(2013) 10年20年1)和牛ゲノムデータベース完成2)疾患情報の自動・高度な集積(表現型値の収集体制) 3)ゲノム情報から疾患予測(未診断疾患、解析困難疾患4)リスク交配の自動排除令和5年(2023) 30年～開発77-連鎖・物理地区参照ゲノムWGDB木種先生1)和牛のゲノムシーケンス2)ゲノム解析技術の将来(速く、安く、多く、正確先行するヒトでの経験近未来が見れる