分子マーカー

分子生物学などの分野において、分子マーカーとは、何らかの源から採取された分子であり、その源に関する情報を提供します。例えば、DNAは、採取された生物に関する情報を提供する分子マーカーです。また、一部のタンパク質は、採取された個体におけるアルツハイマー病の分子マーカーとなることがあります。 [ 1 ]分子マーカーは非生物学的な場合もあります。非生物学的マーカーは、環境研究でよく用いられます。[ 2 ]

遺伝子マーカー

遺伝学において、分子マーカー（遺伝子マーカーとも呼ばれる）とは、ゲノム内の特定の位置に関連付けられたDNA断片のことです。分子マーカーは、分子生物学およびバイオテクノロジーにおいて、未知のDNAプール内の特定のDNA配列を識別するために使用されます。

遺伝子マーカーの種類

遺伝子マーカーには多くの種類があり、それぞれに固有の限界と長所があります。遺伝子マーカーには、「第一世代マーカー」、「第二世代マーカー」、「新世代マーカー」の3つの異なるカテゴリがあります。[ 3 ]これらのタイプのマーカーは、ゲノム内の優性および共優性も特定できます。[ 4 ]マーカーを用いて優性および共優性を特定することで、生物内のヘテロ接合体とホモ接合体を区別するのに役立ちます。共優性マーカーは、複数の対立遺伝子を特定できるため、マッピング技術を用いて特定の形質を追跡できるため、より有益です。これらのマーカーは、ゲノム内の特定の配列を増幅し、比較および分析することを可能にします。

分子マーカーは、染色体上の特定可能な部位間の遺伝的連鎖の豊富さを特定し、検証のために繰り返し使用できるため、効果的です。マッピング集団内の小さな変化を特定することで、マッピング対象の種を区別し、形質とアイデンティティの分離を可能にします。また、染色体上の特定の部位を特定することで、物理地図の作成を可能にします。さらに、生物が特定の形質に対していくつの対立遺伝子（二対立遺伝子または多対立遺伝子）を持っているかを特定することもできます。[ 5 ]

マーカーのリスト 頭字語
制限酵素断片長多型 RFLP
ランダム増幅多型DNA RAPD
増幅断片長多型 AFLP
可変数のタンデムリピート VNTR
オリゴヌクレオチド多型 OP
一塩基多型 SNP
アレル特異的関連プライマー できるだけ早く
逆配列タグ付きリピート ISTR
レトロトランスポゾン間増幅多型 IRAP

ゲノムマーカーには前述の通り、それぞれ長所と短所があるため、使用前にマーカーに関する検討と知識が必要です。例えば、RAPDマーカーは優性マーカー（識別できるバンドが1つだけ）であり、再現性のある結果に敏感な場合があります。これは通常、マーカーが生成された条件に起因します。RAPDは、サンプルが生成されたときに、2つのサンプルが同じ遺伝子座を共有しているという仮定の下でも使用されます。[ 4 ]マーカーによって必要なDNA量も異なります。RAPDでは0.02 ugのDNAのみで識別可能な結果が得られますが、RFLPマーカーでは10 ugのDNAを抽出して必要とする場合があります。[ 6 ]現在、SNPマーカーはいくつかの作物の育種プログラムにおいて潜在的なツールであることが判明しています。[ 7 ]

遺伝子マーカーのマッピング

分子マッピングは、ゲノム内の特定のマーカーの位置を特定するのに役立ちます。遺伝物質の分析のために作成できるマップには2種類あります。1つ目は物理マップで、染色体上の位置とどの染色体上にいるかを特定するのに役立ちます。2つ目は連鎖地図で、特定の遺伝子が染色体上で他の遺伝子とどのように連鎖しているかを示します。この連鎖地図は、測定単位としてセンチモルガン(cM)を使用して、他の遺伝子からの距離を特定できます。共優性マーカーは、マッピングでゲノム内の特定の位置を特定するために使用でき、表現型の違いを表すことができます。[ 8 ]マーカーの連鎖は、ゲノム内の特定の多型を特定するのに役立ちます。これらの多型は、ヌクレオチドの置換または配列の再編成を示す可能性のあるゲノム内のわずかな変化を示します。[ 9 ]地図を作成する際には、2つの種間の類似した配列を特定するだけでなく、2つの種間のいくつかの多型の違いを特定することが有益です。

植物科学への応用

分子マーカーを用いて特定の作物の遺伝学を研究する場合、マーカーには制約があることを忘れてはなりません。まず、研究対象となる生物における遺伝的変異性を評価する必要があります。候補遺伝子の近傍または内部にある特定のゲノム配列が、どの程度識別可能であるかを分析します。遺伝子間の距離や種間の差異を決定するためのマップを作成することができます。[ 10 ]

遺伝子マーカーは、大量生産可能な新しい形質の開発に役立ちます。これらの新しい形質は、分子マーカーと分子マップを用いて識別できます。色などの特定の形質は、わずか数個の遺伝子によって制御される場合があります。色などの質的形質（2個未満の遺伝子を必要とする）は、MAS（マーカー支援選抜）を用いて識別できます。目的のマーカーが発見されると、そのマーカーは異なる子孫世代にわたって追跡することができます。識別可能なマーカーは、特定の形質を子孫に伝えることを期待して、異なる属または種間の交配を行う際に、特定の形質を追跡するのに役立つ場合があります。

植物の特定形質を識別するために分子マーカーを使用する一例として、小麦の赤かび病が挙げられます。赤かび病は穀類に壊滅的な被害をもたらす病気ですが、特定の品種や子孫がこの病気に耐性を示すことがあります。この耐性は、MAS（マーカー支援選抜）やQTL（量的形質遺伝子座）を用いて追跡できる特定の遺伝子によって推定されます。[ 11 ] QTLは、表現型や形質内の特定の変異体を識別し、通常はGOI（目的遺伝子）が位置する場所を特定します。交配を行った後、子孫をサンプリングして評価し、どの子孫が形質を継承し、どの子孫は継承しなかったかを決定します。この種の選択は、作物に使用する必要がある除草剤、殺菌剤、殺虫剤の量を減らすため、育種家や農家にとってますます有益になっています。[ 11 ] GOIを挿入する別の方法は、機械的または細菌による伝達です。これはより困難ですが、時間とお金の節約になる可能性があります。

穀物育種におけるマーカーの応用

  1. 種内の遺伝的差異および特性の変動性を評価する。
  2. 遺伝子型の識別とフィンガープリンティング。
  3. 種と子孫の間の遺伝的距離を推定します。
  4. QTL の位置を特定します。
  5. 有用な候補遺伝子からのDNA配列の同定。[ 11 ]

養殖におけるマーカーの応用

  1. 種の識別。
  2. 自然集団における遺伝的変異と集団構造の研究。
  3. 野生個体群と養殖個体群の比較。
  4. 自然集団における人口学的ボトルネックの評価。
  5. マーカー補助繁殖。

生化学マーカー

生化学マーカーは一般的にタンパク質マーカーです。これらはタンパク質分子中のアミノ酸配列の変化に基づいています。最も重要なタンパク質マーカーはアロエンザイムです。アロエンザイムとは、同じ遺伝子座の異なる対立遺伝子によってコードされる酵素の変異体であり、種によって異なります。そのため、変異の検出にはアロエンザイムが使用されます。これらのマーカーはタイプIマーカーです。

利点:

  • 共優性マーカー。
  • 価格が安い。

デメリット:

  • 事前の情報が必要です。
  • ポリモーフィズムの力が低い。

用途:

  • 連鎖マッピング。
  • 人口調査。

参照

参考文献

  1. ^ Choe, Leila H.; Dutt, Michael J.; Relkin, Norman; Lee, Kelvin H. (2002年7月23日). 「アルツハイマー病の潜在的脳脊髄液分子マーカーに関する研究」Electrophoresis . 23 (14): 2247– 2251. doi : 10.1002/1522-2683(200207)23:14<2247::aid-elps2247>3.0.co;2- m . PMID  12210229. S2CID  29462550 .
  2. ^ Fraser, MP; Yue, ZW; Buzcu, B. (2003年5月). 「有機分子マーカーを用いたテキサス州ヒューストンにおける微粒子物質の発生源分布」.大気環境. 37 (15): 2117– 2123. Bibcode : 2003AtmEn..37.2117F . doi : 10.1016/S1352-2310(03)00075-X .
  3. ^ Maheswaran, M. (2004). 「分子マーカー：歴史、特徴、応用」.植物分子生物学・バイオテクノロジー学科.
  4. ^ a b「従来の分子マーカー - eXtension」 . articles.extension.org . 2015年12月13日閲覧。
  5. ^ Maheswaran, M. (2014年8月). 「分子マーカー：歴史、特徴、応用」. Advanced Biotech .
  6. ^ 「分子育種とマーカー支援選抜」国際農業バイオテクノロジー応用技術取得サービス（ISAAA ） 2015年12月12日閲覧。
  7. ^ Contreras-Soto RI, Mora F, de Oliveira MAR, Hiragana W, Scapim CA, Schuster I ( (2017). 「SNPマーカーとSNPベースハプロタイプ解析を用いた大豆の農業特性に関するゲノムワイド関連研究」 . PLOS ONE . 12 (2): 1– 22. Bibcode : 2017PLoSO..1271105C . doi : 10.1371/journal.pone.0171105 . PMC 5289539. PMID 28152092 – Web of Sciences経由.  {{cite journal}}: CS1 maint: 複数の名前: 著者リスト (リンク)
  8. ^ Griffiths, Anthony JF; Miller, Jeffrey H.; Suzuki, David T.; Lewontin, Richard C.; Gelbart, William M. (2000-01-01). 「分子マーカーを用いたマッピング」 .{{cite journal}}:ジャーナルを引用するには|journal=（ヘルプ）が必要です
  9. ^ 「分子連鎖地図」forages.oregonstate.edu . 2015年12月13日閲覧。
  10. ^ 「分子育種とマーカー支援選抜」国際農業バイオテクノロジー応用技術獲得サービス（ISAAA ） 2015年12月12日閲覧。
  11. ^ a b c Korzun, Viktor. 「分子マーカーと穀物育種への応用」（PDF） .セッションI：植物におけるMAS . 2015年12月12日閲覧。
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