耐病性を持つ品種の育種
水産養殖ゲノミクスの第一人者であるAlastair Hamilton博士によると、耐病性を持つ品種の育種は、ゲノム育種プログラムによって可能となった水産養殖における驚異的な成功例の一つであると言います。
Hamilton博士は、養殖ゲノミクスツールに加えて、研究パートナーやサーモフィッシャーサイエンティフィックと共同で高密度一塩基多型(SNP)マイクロアレイを開発しました。Applied Biosystems™ Axiom™ Salmon Genotyping Arrayは、養殖サケのさまざまな種のゲノムにおける3万以上のSNPをカバーしており、育種選択のための疾患抵抗性ファミリーを同定するためのゲノムワイド研究を可能にしています。
疾患はこの比較的新しい産業における主要な課題の一つであり、抵抗性のための育種は水産業と健康管理に役立っています。Landcatch Natural Selection Ltd.の分子生物学部門を率いるHamilton博士は、水生生物における遺伝学の活用経験が豊富です。彼の研究は大西洋サケとニジマスに焦点を当てており、養殖魚における疾患に優先して注目しています。
Landcatch社は、Hendrix Genetics Aquaculture社の一員ですが、食料源として動物タンパク質に焦点を当てている多種動物育種の遺伝学および技術を持っています。この会社が行っている養殖の革新性と持続可能性の追求には、耐病性のためのゲノム育種計画が含まれています。
養殖サケに寄生するサケジラミ
サケジラミの寄生はサケの養殖における大きな問題です。寄生虫は魚を直接殺すわけではありませんが、成長と飼料要求率に影響を及ぼし、魚を発育阻害し、肉質を低下させてしまいます。サケジラミは利益を減少させるだけでなく、サケの養殖場でも健康管理問題を引き起こします。
サケジラミは移動性があるため、サケ１匹あたりの寄生虫の数を手作業で数えるのは時間がかかり、間違いも生じやすいのです。そのため、残念ながら、サケジラミの侵入は研究するのが困難です。しかし、これは遺伝性の要素をもつ疾患です。研究者や養殖業者は、ある種のサケの科が他の科よりサケジラミの侵入に強いことに気が付きました。抵抗性の家系における遺伝的マーカーを同定できれば、選択的育種プログラムを加速してサケの健康管理を改善する可能性があります。
分子育種プログラムは、食用動物において、このような有益な形質および表現型を同定するための、スピード、効率、コストの解決策を提供します。しかし、Hamilton博士が指摘するように、ゲノムツールへアクセスしてこなかったことが、養殖産業の進歩の大きな障害となっています。この問題に取り組むために、Hamilton博士とロスリン研究所、スターリング大学、グラスゴー大学の共同研究者は、Axiom社のバイオテクノロジー研究者および専門家と協力して、疾患抵抗性の家系を同定できる分子マーカーを開発しました。
政府のイニシアチブであるGenomes UKとKnowledge Transfer Networkの支援を受け、チームは塩基配列決定とSNPの発見を通して、また既存のRNA-Seqデータベースにおけるデータからマーカーパネルを開発しました。研究者らは、これらの情報源から100万を超える興味深いSNPを特定し、in silicoアプローチを用いて結果をフィルタリングし、最終的なカウントを約13万SNPにまで絞り込み、マイクロアレイに搭載しました。36K～50KのAxiomマイクロアレイが登場したことで、研究チームは彼らのマーカーを高密度のサケgenotypingマイクロアレイに組み込むことができました。
マイクロアレイベースの遺伝子検査ツール
Hamilton博士と共同研究者たちは、マイクロアレイベースの遺伝子検査ツールを開発する際に、いくつかの課題に直面しました。サケ科のゲノムには多くの反復配列が含まれており、SNPの解析を複雑にしています。SNPが特定され、これらの領域で見つかったSNPは不採用とし、より価値があり信頼できるマーカーに集中しました。また、サケでは全ゲノム重複が認められるため、一倍体に関連するSNPも除外しなければなりませんでした。
広範な検証を経てAxiomアレイは、GWAS(ゲノムワイド関連解析)およびQTL(量的形質遺伝子座)マッピングなど、複雑な遺伝形質の研究に有用なツールとなっています。サーモフィッシャーサイエンティフィックのAgrigenomicsのポートフォリオのひとつとして、Axiom Genotyping Solutionsは柔軟でカスタマイズ可能な強力な遺伝子解析ソリューションを提供します。植物や動物の複雑な遺伝形質を同定、検証、スクリーニングすることが可能です。これにはデータを処理するための強力な生物分析ツールを備えた、効率的なワークフローと解析の自動化が含まれています。
養殖業における将来のメリット
養殖アグリゲノミクスツールのこのような進歩から、Hamilton博士は養殖業における分子生物学的解析が幅広く利用されることを期待しています。将来のメリットは以下のとおりです。
・新しい地理的地域および非伝統的条件下での農業に適した種を選択するゲノム研究
・飼料要求率に影響する形質の分子マーカー同定と新規飼料の研究の可能性
・健康管理問題に取り組むための改善された農業と生産
・飼料中の薬剤や環境問題を軽減するための耐病性育種
世界中の食料生産のニーズを満たすため水産養殖業が増加していることから、ゲノム育種プログラムはこの産業においてますます大きな役割を果たすようになるでしょう。Hamilton博士が指摘するように、プロジェクトの開始時には利用できるツールはありませんでしたが、現在では育種の意思決定にSNPマイクロアレイが日常的に使われています。
まとめ
これらのツールが養殖プログラムにどのように役立つか知りたい場合は、弊社まで相談ください。また、サーモフィッシャーサイエンティフィックのゲノム育種プログラムのソリューションもご覧いただければと思います。
マイクロアレイと GBS を用いたアグリゲノミクスソリューション
アグリゲノミクス用 Axiom Genotyping Solution
研究用にのみ使用できます。診断用には使用いただけません。