肉眼で判別できるカイコの遺伝子組換えマーカーの開発

• 担当機関: （独）農業生物資源研究所
• 研究期間: 2009～2012
• 研究担当者: 二橋美瑞子; 立松謙一郎; 山本公子; 生川潤子; 内野恵郎; 粥川琢巳; 篠田徹郎; 田村俊樹; 伴野 豊; 大出高弘; 平田隼也; 二橋 亮; 新美輝幸; 瀬筒秀樹
• 発行年度: 2012
• 要約: 簡便に判別可能な遺伝子組換えマーカーを開発するため、カイコゲノム情報を活用し、カイコの卵と眼の紫色の色素合成に必要な遺伝子を新たに発見するとともに、黒色の色素合成を抑える遺伝子を用いて昆虫の黒い色素の合成を抑える方法を発見した。
• キーワード: 遺伝子組換えマーカー、色素、体色、卵色、遺伝子機能解析、有用物質生産
• 背景・ねらい: カイコでは、遺伝子組換え技術を用いて、遺伝子の機能解析や、医療などに役立つ有用物質の生産、高機能シルクの開発に向けた研究が近年盛んに進められている。遺伝子組換えカイコを作出する際には、目的とする遺伝子が導入されているか否かを確認するために、卵や眼で光る蛍光タンパク質を「遺伝子組換えマーカー」として用いて、遺伝子組換えが起こったカイコを判別している。しかしこの遺伝子組換えマーカーには、（1）判別作業に高価な蛍光顕微鏡が必要、（2）卵で判別可能な時期は2日間しかない、（3）卵が白い特殊な系統でないと判別が困難なため絹の生産量が高い実用系統（卵が着色する）の使用には向かない、という欠点がある。そのため、卵または幼虫の時期に肉眼で判別でき、さらに幅広い系統で利用可能な優性形質を持つ遺伝子組換えマーカーの開発が望まれている。そこで、カイコ等のゲノム情報を活用して、卵と眼の紫色や体表の黒色の合成に関わる遺伝子を解析し、それらの遺伝子をマーカーとして利用することを目指した。

成果の内容・特徴

1. 野生型のカイコは紫色の卵、黒い眼をしているが、突然変異体「赤卵」は紫色のオモクローム系色素の合成に異常があり、卵や眼の色が赤い（図1）。今回、赤卵のゲノム解析により、眼や卵の紫色の色素合成に必要な新規の遺伝子「Bm-re」を発見した。
2. Bm-re遺伝子は、甲虫目のモデル昆虫であるコクヌストモドキにも見つかった。コクヌストモドキは黒い眼をしているが、この遺伝子の機能を抑制すると、眼の色が薄くなり、カイコ以外の昆虫の眼の色の違いにも関わることが示唆された。一方、元々赤い眼のキイロショウジョウバエには、Bm-re遺伝子が存在していないことが分かった。
3. 一方、昆虫の体表の黒い色は「ドーパミンメラニン」が主要な色素であると考えられている。今回、カイコ、キイロショウジョウバエ、テントウムシ（ナミテントウ）の3種の昆虫において、カイコのアリールアルキルアミンNアセチルトランスフェラーゼ（Bm-aaNAT）遺伝子を強く働かせると、ドーパミンメラニンの合成が阻害され、その結果体表の黒い色素の合成が抑えられて体色が薄くなることを発見した（図2）。
4. Bm-aaNAT遺伝子は、色の変化を肉眼で判別可能でかつ優性形質を持つ遺伝子組換えマーカーとして複数種の昆虫に対して幅広く利用できるという特徴がある。また、カイコでは卵が着色する実用系統でも利用可能であることが分かった。

成果の活用面・留意点

1. 卵と眼の紫色に関わるBm-re遺伝子の利用により、卵色で判別可能な遺伝子組換えマーカーの開発が期待される。それによって遺伝子組換え体の早期判別が可能となる。
2. 体表の黒色に関わるBm-aaNAT遺伝子を利用することで、これまで組換え体の判別が困難であった、卵が着色している実用系統での遺伝子組換え体の選抜が格段に簡便になる。その結果カイコを用いた遺伝子機能解析や、有用物質生産へ向けた研究開発の加速化が期待される。さらにBm-aaNAT遺伝子は、カイコ以外の昆虫でも、遺伝子組換え体を選抜する際に優性マーカーとして利用できると期待される。

• 研究内容: http://www.nias.affrc.go.jp/seika/nias/h24/nias02415.html
• カテゴリ: カイコ