同様の記述が「やさしいバイオテクノロジー」(サイエンス・アイ新書)に書いてあります。

見やすいイラスト入りでわかりやすいです。参考にしてください。

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 2-4.遺伝子の構造

 

○実際の遺伝子構造 チトクロームC

 

次節以降にチトクロームC遺伝子の塩基配列とアミノ酸配列をしるした。

また、ヒト以外の生物のチトクロームCアミノ酸配列の比較した表ものせた。

 

慣例に従って、塩基配列は5’から3’方向のmRNAと同じ方向の配列のみ記入してある。

実際のDNAは2本らせんのため、この配列から一意に決まる逆方向に延びるもう1本の鎖がある。

一方の鎖の塩基配列を書くと他方の鎖の塩基配列は一意に決まるため、通常、このように1本だけ書く。2本のうち、mRNAと同じ方向だけが選ばれる。

 

真核生物では、ある遺伝子領域では、片方の遺伝情報のみが使われる。

原核生物やウイルスでは遺伝子間配列が少なく、イントロンがない。逆向きの遺伝情報が別の遺伝情報になることもあり、同じ向きで重複することもある。

(2005年のRNA新大陸の発見により、真核生物にも原核生物のように逆向き・重複の遺伝子が見つかっているが、詳細はまだわかっていない)

 

ちなみに、真核生物の遺伝子間領域、つまり遺伝子以外の領域は、ゲノムの全遺伝子情報のうち95%以上を占める。ゲノムのうち遺伝子の領域は数%しかない。

(RNAに転写される領域を遺伝子とするなら、2005年夏のRNA新大陸発見により、マウスの例では、ゲノムに占めるRNAに転写される領域は70%あると言われている)

 

真核生物では、次項に示したヒトチトクロームCの例のように、ほとんどの遺伝子はイントロンで分断されている。エキソン部分のみが再構築され、タンパク質に翻訳される。

 

次項に示したヒトチトクロームCの場合、ます81番目のCから2512番目のAまで核内でmRNAに転写される。これは初期転写産物である。

この中にはExson1Intron1Exson2Intron2、およびExson3が含まれる。

この初期転写産物のうちIntron1およびIntron2の部分が切り出され、Exson1Exson2、およびExson3が再結合する。

再結合した3つのエキソンの5’末端側にキャップ構造が付加され、さらに3’末端側に修飾された後ポリAが付加する。

このような一連のスプライシングが起こって成熟したmRNAが合成され、細胞質にあるリボソームに結合する。

 

成熟したmRNAのうち、最初のAUGコドン(この場合はExson25’末端近く)から翻訳が開始される。

この遺伝子の場合、105個のアミノ酸が解読された後、終止コドンが来るのでそこで翻訳が停止する。

合成されたポリペプチドのうち、この場合はN末端のメチオニンのみが翻訳後にはずれ、のこり104個のアミノ酸のポリペプチドが実際に細胞内で機能する。

 

その機能するアミノ酸配列を他の生物と比較したのが次々項の資料である。

アミノ酸配列は慣例により、合成される方向、すなわちN末端からC末端の方向に左から右に記入してある。

一番上がヒトの配列で、2列目以降は他の生物のチトクロームCのアミノ酸配列を示している。

赤字で書いたアミノ酸は、該当するヒトのアミノ酸と同一の場合で、黒字のアミノ酸はヒトの配列と異なる場合である。

ヒト以外の生物は、進化の過程で、ヒトに近いものから順に示してある。

すなわち、動物(霊長類、哺乳類、鳥類、は虫類、両生類、昆虫)、植物、酵母、菌類などである。

 

ヒトとのアミノ酸配列のちがいと進化の過程で枝分れする時期とがよく比例していることがわかる。

また、同じ分類の生物はお互いによく似たアミノ酸配列を示していることもわかる。

たとえば、ヒトと鳥類、ヒトと植物の間でアミノ酸配列が多数異なっているが、鳥類どうし、植物どうしで比べると、お互いに似ていることがわかる。

 

この図を眺めてわかるように、基本的なタンパク質は進化の過程でよく保存されており、このチトクロームCの場合、すべての生物に存在するともいえる。

この図に記載されている生物はすべて現在生きている生物であることを考慮した上で塩基配列を眺めると、地球上で起こった進化の過程をかいま見ることができるであろう。

このように生物間で広く保存されているタンパク質のアミノ酸配列やそれをコードしている遺伝子の塩基配列を解析することにより、進化の過程でいつ頃枝分れしたか数量的に分析することができるし、またこのことは地球上で進化が起こった証拠でもある。

 

 

 

○ヒト チトクロームC遺伝子(HUMCYCAA

 

初期転写産物      81..2512

Exon1             81..144

Intron 1         145..1217

Exon 2          1218..1394

Intron 2        1395..1495

Exon 3          1496..2512

翻訳領域        1226..1394 + 1496..1644

 

      アミノ酸配列  MGDVEKGKKI FIMKCSQCHT VEKGGKHKTG PNLHGLFGRK TGQAPGYSYT AANKNKGIIW

                        GEDTLMEYLE NPKKYIPGTK MIFVGIKKKE ERADLIAYLK KATNE               

                                                                                                  Exon 1

        1 gcacgtcagg gcgcgggagc gcggagcgag tttggttgca cttacaccgg tacttaagcg cggaccggcg tgtccttgga CTTAGAGAGT

                                                                     Intron 1

       91 GGGGACGTCC GGCTTCGGAG CGGGAGTGTT CGTTGTGCCA GCGACTAAAA AGAGgtgaga gcgggtcgcg gaggccgcac ctggttagag

      181 gcagagctgt gggaggcgcg cacttgcgag cgagccgaaa cccaagcggg gagcattcga ggtggagccc gcgctgggtg ggagggcggg

      271 gagtgaagac cctggactgt ggtcagaccg agctgggcga gtaacggctt gaggtgcggc ggagccctaa ctagggacag gtatggtctc

      361 ggtcagggac tggaggcggc ttggatacag atccgaggag gaggcggcct cttccgtagt ggttgctgaa gggctatgga aatgataggc

      451 aagacttccc tcctggaaag ccgaagctta gagcttcacg ttcttcttca gagggcaaaa gctgttgctc ttctaataag gggccagttc

      541 ttttcgtggg cacatgtttc ttccgtcagt cgttctgaca tcctagaagg agtttcatca atcaccttga aaccgacctg gacgggtgac

      631 ctcgtggtcg ccccaggaga tcacaggtag gggagttggg atcgcccggg ggaccgtgca gcctgcccct gagctcccat tcacaagttc

      721 gagtgtcaag ctactcctgt gacctgggca gatagaaaca gccaggaccg ctttttaaac atttgtgtgc tttgcgttat cctcagggag

      811 aggtggcttt acattgtagt aagattaaat ggttaggtct ttttaaaagt tgcggttgtg gtgattttgg cttaatgtgt tcgcccttga

      901 gcttcagatc tgtgacttcg tgaccatgat tgtctcttct gaaactggag tttgaattag gttccctctt tgcttgggct ttaacgttcc

      991 ttcacgtata cacacaaaaa tacgtttttg aggaggtact cctaaaaatg tttttggtat taaagaatat ttggtataaa gagtattaaa

     1081 gcaaaacaag attcattctg gtatttaatg acataaatta gcaatggatt ggtaattaag tggctagagt ggtcattcat ttacactgta

 

                                                             Exon 2

     1171 tttgttacct gaggaaaaat ttactaagtt gaagctttcg tttttagAAT TAAATATGGG TGATGTTGAG AAAGGCAAGA AGATTTTTAT

                                                                      M  G   D  V  E   K  G  K  K   I  F  I

 

     1261 TATGAAGTGT TCCCAGTGCC ACACCGTTGA AAAGGGAGGC AAGCACAAGA CTGGGCCAAA TCTCCATGGT CTCTTTGGGC GGAAGACAGG

       13  M  K  C   S  Q  C  H   T  V  E   K  G  G   K  H  K  T   G  P  N   L  H  G   L  F  G  R   K  T  G 

 

                                                          Intron 2

     1351 TCAGGCCCCT GGATACTCTT ACACAGCCGC CAATAAGAAC AAAGgtaaga gtcacttgtt aaataaaaca acacaaaatg caggaatata

       43  Q  A  P   G  Y  S  Y   T  A  A   N  K  N   K  G

                                                                      Exon 3

     1441 acatgtggca aactatcagg agtgtgaaat aaccgatgca ttctttcttg tttagGCATC ATCTGGGGAG AGGATACACT GATGGAGTAT

       58                                                               I   I  W  G  E   D  T  L   M  E  Y 

 

     1531 TTGGAGAATC CCAAGAAGTA CATCCCTGGA ACAAAAATGA TCTTTGTCGG CATTAAGAAG AAGGAAGAAA GGGCAGACTT AATAGCTTAT

       69 L  E  N  P   K  K  Y   I  P  G   T  K  M  I   F  V  G   I  K  K   K  E  E  R   A  D  L   I  A  Y 

 

     1621 CTCAAAAAAG CTACTAATGA GTAATAATTG GGCCACTGCC TTATTTATTA CAAAACAGAA ATGTCTCATG ACTTTTTTAT GTGTACCATC

       99 L  K  K  A   T  N  E   * 

 

     1711 CTTTAATAGA TCTCATACAC CAGAATTCAG ATCATGAATG ACTGACAGAA TATTTTGTTG GGCAGTCCTG ATTTAAAACT AAGACTGGCT

     1801 TGTGGTTAAA TGAATATGTT CAGTTTTTGA ATTTTAATAG TAACTCCAAT TCAGTAAATG GTATCACTGT TTACCCCTTT TAAAGATATG

     1891 ATTAGACTTC GTTAGTAATG TTCAACTTTT CACAAAGATG GTGAGTGCCA TCTTAAAACT TACTGGAGAT TGGTTTTATA TTTAGATTTA

     1981 TATAACTGGT TATGTGAATA TATTTAAATA CTGGGGAAAT TGCTTCACTG TCTTAGAACC AAGCAAGATT CACCTGTGTT TTGTGTTCAT

     2071 GTTCATTTGC CTCTTAAAGG CAAGGGTTGA AGATAAATAA GGTAGCAATG TCTATAGTTT TGGCCTTAAC TATGCCAATC TAATTATAAT

     2161 TCCCTGTATT TAAAATGGTT TCTTTTACTT ATTGAAAGGC ATTTTAGTGT GGTTTATGTG TAATATTAAA GATTATTCAA CACCTCTCAC

     2251 ATCTTACAGA TCTATAAGGT CACATGCTTT TAAAATAGTA GCAAGTTAAA CTTCACTCTT GAATTCTTTA CAATCTAAGT CAAACTAAGT

     2341 TATAATTTAG GATTGTCTTT AAACAGCCAT TCAGAAACAA AACTGTAGAA CTGTGTATTT GATTGGGAAT GGTGCTTTTG CCAACTTAAA

     2431 AGGATTAAAG TAACGGAGAT ATACACAAAT TTTAAAATTA TGTGTGATCA CAAGACTAAA GATAATTAAA AAGAAAACCA CAgatcatga

                                                                                                    

     2521 ctttttgact gtgcttgatt tcatgactga tgcacaaatt ttaatgatta aaaagtgcag gagccctaaa tgtcagtgca gcagccctaa

     2611 atgtcagtgc agcagtgtta accagtcatg gtgctagatt gtttacttgg ttttctagga ctgcctcaac tagaataaca cttcactaat

     2701 tgactcttag tttctttgct cagattgaga actgcagcat ttatcgcaga catggacaga ggaatgcctg tggtcatagt tttgtgatgt

     2791 gtaacagtgt ataattacat actgaattat ttcatgcata gtctgtgcca tacacattta gagtagtcct tggagatttt atggagatgg

     2881 tgagcacaag gtaagtcata aagaataatg agaaaataaa tctatgctgg tgcagctgag aactgtatct ttgtgggaca gtgagaagac

     2971 tgagaagatg tgaatccatg gtctcaaagg tgatagggac gattagatag gtgttttaag gcctgaaagc aatttataac atatgagtct

     3061 tatttttatt tatagaaatg tgaagctt 

 

 

 

Cytochrome C アミノ酸配列の比較

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○分子生物学的な系統樹

 

アミノ酸配列の置換や挿入、欠失はもちろん塩基配列の変化に依存する。

この塩基配列の変化、すなわち置換、挿入、欠失などはDNAの突然変異による。

ある領域に突然変異が起こるのはランダムであり、変異結果が蓄積する個数は時間に依存する。

このことから、1塩基変異するのに必要な時間が推定でき、逆に変異数から変異の起きた時間を推定することもできる。

このような観点で遺伝情報を解析することにより、進化の系統樹を作成することができる。

 

現在地球上にいる人々の遺伝情報の多様性を解析することで、人類の起源となった場所や年代も推定することができる。

 

イヌはオオカミから家畜化された。分子生物学的な解析により、その時期は約1万5千年前であると推定されている。その成果は2004年のScience 誌に発表された。

Parker HG, Kim LV, Sutter NB, Carlson S, Lorentzen TD, Malek TB, Johnson GS, DeFrance HB, Ostrander EA, Kruglyak L.,

Genetic structure of the purebred domestic dog.

Science, 2004 May 21;304(5674):1160-1164.

 

Savolainen P, Zhang YP, Luo J, Lundeberg J, Leitner T.,

Genetic evidence for an East Asian origin of domestic dogs.

Science, 2002 Nov 22;298(5598):1610-1613.

 

Leonard JA, Wayne RK, Wheeler J, Valadez R, Guillen S, Vila C.,

Ancient DNA evidence for Old World origin of New World dogs.

Science, 2002 Nov 22;298(5598):1613-1616.

 

イヌゲノムの詳細な塩基配列は2005年のNature誌に発表された。

Genome sequence, comparative analysis and haplotype structure of the domestic dog

Nature 438, 803-819 (8 December 2005)

 

また、ニワトリの起源にかんしては、ミトコンドリアを使って秋篠宮様のグループが精力的に研究されており、人類が家畜化したおおよその時期や場所も推定されている。研究成果は3つの論文にまとめられているので、授業で紹介する。

フルテキストの論文が無料で見ることができるので、挑戦してみて欲しい。読みやすい英語である。

 

1.     Fumihito Akishinonomiya, et al.,

One subspecies of the red junglefowl (Gallus gallus gallus) suffices as the matriarchic ancestor of all domestic breeds.

Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 91, 12505-12509 (1994).

2.     Fumihito Akishinonomiya, et al.,

The genetic link between the Chinese bamboo partridge (Bambusicola thoracica) and the chicken and junglefowls of the genus Gallus.

Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 92, 11053-11056 (1995).

3.      Fumihito Akishinonomiya, et al.,

Monophyletic origin and unique dispersal patterns of domestic fowls.

Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 93, 6792-6795 (1996).

 

 

 

○ゲノムの塩基配列とアミノ酸配列の関係

 

チンパンジーの22番染色体の全塩基配列が決定され、2004年のNature誌に発表された。

 

The International Chimpanzee Chromosome 22 Consortium,

DNA sequence and comparative analysis of chimpanzee chromosome 22

Nature 429, 382-388 (27 May 2004).

 

ヒト以外の霊長類の染色体がまるごと解析されたのは初めてのことである。

すでに決定されているヒトの染色体と今回決定されたチンパンジーの高精度の塩基配列が比較された。

 

ヒトとチンパンジーの間で比較された遺伝情報は、1本の染色体DNAだけで、長さは33.3 Mb

これは両者のゲノムの約1%である。このことを指摘したのは産経新聞だけである。

したがって、この1本だけの情報からゲノム全体のことはいえない。

のこり99%の遺伝情報の詳細な解析はまだなされていない。

 

まず、ヒト21番、チンパンジー22番の塩基配列全体が比較された。

その結果、塩基の置換が1.44%、塩基の挿入や置換が68,000ヶ所見つかった。

 

次に両染色体に共通してコードされている遺伝子が比較された。

83%にあたる192個の遺伝子で、アミノ酸配列レベルでのちがいが見られた。

全く同じ遺伝子は39個。

 

ヒトとチンバンジーで共通項が多く、違いはわずかのように見えるが、実際にたとえ1%の塩基配列の違いといっても、次項で見るように非常に複雑で簡単に評価できるものではない。

また、遺伝子の構成がたとえば1%違うだけでも、発現のネットワークのちがいにより多様な組合せの発現パターンが考えられる。

1個の遺伝子から1種類だけのタンパク質を作るわけではない点でも、それほど単純ではないことがわかる。

 

 

 

○塩基配列の変異とアミノ酸配列

 

コドン表を眺めると、いくつかの法則がみられる。

あるアミノ酸に対応するコドンのうち、1、2塩基目は共通で3塩基目だけ異なるものがある。

たとえば、セリンのコドンは、UCUUCCUCAUCG の4種類で、1、2塩基目のUC は4種に共通である。3塩基目は4通りある。このような現象を先にみたように「ゆらぎ」という。

 

塩基配列に突然変異が起こったとき、コドンのどの位置で置換が起こるかによって、アミノ酸配列に与える影響は違ってくる。

たとえばセリンのコドンの場合、3塩基目であればどの塩基に置換してもセリンのままで、アミノ酸配列に影響はない。

 

しかし、たとえば、UCAの1塩基目のUCにかわるとコドンはCCAになりプロリンに翻訳される。同様に、1塩基目のUAGにかわるとコドンはそれぞれACAGCAになり、トレオニン、アラニンにかわってしまう。

同じように2塩基目のCUAGに置換した場合、それぞれコドンはUUAUAAUGAになる。UUAはロイシンであるが、UAAUGAはいずれも終止コドンである。

したがって、2塩基目の置換がおこったときはこの置換がおこったコドンが終止コドンに変化するため、このコドンで翻訳はストップしてしまう。

 

このように、ひとくちに1塩基置換といってもさまざまなパターンがある。

 

このセリンコドンUCAの場合、上記でみたように1塩基置換は9通りある。

アミノ酸置換が起きないのが3通り、アミノ酸置換が起こるのが4通り、終止コドンに変化するのが2通りである。

 

終止コドンにかわったときはタンパク質合成がここで止まってしまうため、タンパク質の構造に多大な影響がでて、変異が起こる場所にもよるが、合成されるタンパク質の機能が消失する可能性が高い。

アミノ酸置換が起こる場合、セリンがトレオニンに置換するときは、あまり構造や機能に影響を与えないかもしれない。なぜなら両方のアミノ酸とも、その側鎖に水酸基を持つ中性で極性の官能基をもち、三次構造やタンパク質の機能にあまり影響を与えないと推定できるからである。

セリンがロイシンやアラニンに置換した場合、同じ中性ではあるが、極性基から疎水性基にかわるため、構造変化の可能性があり、タンパク質の機能にセリンの水酸基が必要であれば、その水酸基を失うことによる性質変化も考えられる(トレオニンの場合は同じ水酸基を持つアミノ酸置換のためその可能性がない)。

最後にセリンがプロリンになった場合、プロリンの構造は非常に特殊で、プロリン残基のところでペプチド鎖が折れ曲がるため、立体構造に与える影響は大きい。したがって、プロリン置換も構造や機能に影響を与える可能性がある。

 

このように、1塩基置換により、翻訳されるアミノ酸の多様性ばかりでなく、生成したタンパク質の構造や機能に与える影響もさまざまなパターンがある。

 

 

 

○遺伝子組換えと交配のちがい

 

これまで、ゲノムや遺伝子などの基本用語の理解し、その遺伝子産物であるタンパク質の作られかたを学んだ。

また、これらの情報から、生命活動の基本を学んだ。

以上のような基本現象の理解をふまえて、食品となる作物の品種改良についてあらためて考えてみたい。

 

交配・交雑あるいは古典的品種改良技術と遺伝子組換え技術には根本的なちがいがある。

 

キーワード

交配・交雑などによる伝統育種ではゲノムレベルで組換えが起こることがあり、その場合全く新しいゲノムの生物が誕生する。

遺伝子組換え技術では1個から数個の遺伝子のみが交換されるだけで、それ以外のもとのゲノム構成は変化しない。

 

方法

交配などの伝統育種では放射線や化学物質により突然変異を誘発させることがある。交雑、細胞融合も使われる。

遺伝子組換え技術では、あるひとつの機能既知の遺伝子の挿入や欠失で作られる。

 

結果

交配などの伝統育種では、結果的に変異した遺伝子の数や種類は不明である。突然変異はランダムに起こり制御できない。

遺伝子組換えでは当然組換えられた遺伝子はわかっているし、ゲノムに挿入する位置もコントロールできる。

 

種の壁

細胞融合を用いれば、通常の交雑ではできない種間でも融合させることができ、新種を作ることができる。すなわち、種の壁を越えて交雑し、新種を誕生させられる。できた新種は親のゲノムのモザイクになり、どの遺伝子が残るかわからない。

一方、遺伝子組換えでは、種の壁を越えて遺伝子の挿入が可能であるが、通常「ゲノム」プラス「1遺伝子」、または「ゲノム」マイナス「1遺伝子」、の組換えが起こる。別種ができるわけではない。

つまり種の壁を越えているのは伝統育種のほうであり、新種を作り出すのも伝統育種である。

 

安全性検査

交配などの伝統的品種改良では不問に近い。安全性の審査なしに開発、栽培、販売ができる。年々新しい品種が開発・市販されている。

遺伝子組換え技術により作られた作物の安全性検査は非常に厳しい。

 

このように、伝統育種といわゆる遺伝子組換え技術でつくられた作物には基本的なちがいがある。

 

 

 

○いわゆる遺伝子組換え食品ではないバイオ食品

 

例として、山口県の農業試験所で最近作られた「はなっこりー」をとりあげる。1999年8月、正式に品種登録された。

これは中国野菜のサイシンとヨーロッパ由来のブロッコリーを交配されて作られた山口県オリジナル野菜である。「はなっこりー」の見かけはそのどちらの親とも似ていない。

 

はなっこりーのゲノムは当然サイシンゲノムとブロッコリーゲノムの交雑したものであり、どちらのどの遺伝子が残ったかわからない全く新種のゲノムである。組換わった遺伝子の数も種類もわからない。

このようなフランケン食品と呼べる奇妙な形の野菜に対しては、なぜかこれに反対する市民団体はなく、安全性の検査もほとんどフリーパスで市販されている。形は両方の親と全く異なり、構成成分も異なり、味も違うにもかかわらずである。

 

一方、遺伝子組換え食品は組換えられる遺伝子は通常ひとつだけであり、その遺伝子の種類も働きも組み込まれるゲノムの位置もわかっており、しかも見た目は親と全くかわりはない。構成成分にも組換えられたタンパク質以外目立ったちがいはない。

しかし、その開発から認可にいたる過程はいばらの道である。

なぜかこちらだけは市民団体が販売や栽培に対して反対する。

 

環境への影響でも、遺伝子組換え食品の花粉は、遺伝子汚染といっておそれられ、わずかの飛散も大騒ぎであるが、フランケン食品の花粉は全くの不問である。

 

 

くどいようであるが、もう少し例をあげて説明する。

2004年の記事で新しい京野菜が紹介されている。

 

記事には新しい京野菜の作り方として「交配などで新品種を開発」としか書かれていないが、作られた新品種を安定して供給するためには組織培養などの技術がどうしても必要になる。

 

また世羅町の「松きのこ」や「松なめこ」もどのようにして開発したのか詳細は全く不明である。

新種のキノコを作っておきながら、そのキノコの安全性試験は行われていないので、どのような成分ができたか全く不明である。

 

このような組織培養、交配、突然変異など(後期の授業で説明する)を利用して、毎年数多く新しい品種が開発されている。

 

このような古典的手法を用いた新品種の開発のばあい、計画や市販にいたるまでの手続きはきわめて簡略化されており、食品としての安全性のチェックは皆無に等しい。

すなわち、誰でも開発ができ簡単に市販することができる。

消費者にも簡単に受け入れられるからか、記事には、新品種の開発に関してとがめるような論調はまったく見られないし、むしろ歓迎調である。

「遺伝子組み換え」作物には絶対反対の市民団体は生協やイオンなどの販売店でも、安全性試験が行われていない新種の販売は積極的であり、反対したとの報道は聞かない。

このようなことからも、古典的手法を使った新品種の開発は、一般には安全なもとの受け止められており、それらの開発から市販にいたるまで反対する団体も見あたらない。マスコミも反対ではないようだ。

 

これまでのこのテキストで述べてきた内容からわかるように、古典的手法を用いた新品種の開発は「ゲノム組換え」と読んでもいいことがわかると思う。

すなわち、新しく開発された品種や種はその親のゲノムとは異なるまったく新しいゲノムを持った生物である。親のどの遺伝子が組換わったかわからず、どの遺伝子が変異を受けたかもわからず、多くの遺伝子が組換わったゲノム単位で再構成された新生物を作るのが古典的手法の特徴である。

 

その間、組織培養などの人工的な環境下で培養したり、ホルモンなどの多くの薬剤を使ったりすることで、新しい生物が作られる。

 

古典的手法といっても、このような人工的な培養環境下で開発されるのがほとんどであるが、一般にはこの過程が見えにくいため、記事にあるように「交配などで新品種を開発」と書かれると、多くの人は自然の環境下で育てることでできた品種だと勘違いするのであろう。

 

 

細かいことにやたらこだわる遺伝子組換え食品反対派の市民団体の人たちが、バイオ研究室を訪れ、日頃食べている野菜などがどのような環境で開発されたのか知ったら、おそらく卒倒するか寝込むのではなかろうか。食欲不振や人間不信になるかもしれない。

 

後期の授業では、遺伝子組換え食品反対派がおそれている遺伝子組換え食品がどのような方法で作られているのかを学ぶ予定である。

古典的手法と比べて「遺伝子」や「ゲノム」がどのように組換わっていくのかを意識しながら学ぶと理解しやすい。

そのためにも、前期のあいだに「遺伝子」と「ゲノム」の違いは完全にマスターして欲しい。

 

 

 

○伝統的な野菜

 

主にヨーロッパで普通のカラシナ、すなわちセイヨウアブラナから種々の野菜が交配技術などの人為選択で作られている。

このセイヨウアブラナは非常に不味く、食用にはなっておらず、ナタネとして植物油を作るのに栽培されている。

キャベツ、芽キャベツ、カブキャベツ、カリフラワー、ブロッコリー、チリメンキャベツ、ムラサキキャベツ、ハボタン、コールラビー、ケールなどがその仲間である(いずれも Brassica oleracea)。

ギリシャ・ローマ時代から品種改良され続けている。

最後のケールはいわゆる青汁のもとである。親のセイヨウアブラナの不味い点を受け継いでいる。

この一群とは別に、普通のアブラナから主に中国大陸や日本でも多くの野菜が作られている。

蕪、白菜、野沢菜、小松菜、京菜、芥子菜、などである(いずれもBrassica rapa)。

アブラナは菜の花として知られているが、日本で野生化して河原や線路沿いに咲いている黄色い花はセイヨウアブラナのほうある。

 

上記の同一の学名を持つ野菜は当然同一種である。したがって、お互いに交配が可能である。

ちょうどオオカミから多様な犬の品種をたくさん作ったのと似ている。

秋田犬とチワワは交配可能であるし、どの組合せの犬同士でも交配可能である。つまり多様な犬種があったとしても、犬として種はひとつだけである。

同様に、ここにあげたキャベツなどの野菜類も同じ種で、ゲノム構成も似ている。

 

もし、現在、ブロッコリーやカリフラワーがなくて、新たにキャベツから両品種をバイオの力で開発したとしよう。作り方も遺伝子構成もゲノムの改変箇所もすべて公表し、市販することにした。

すると、「安心」命の市民団体はどう出るであろうか。

同じ種だといっているが、どう見てもカリフラワーなど花のお化けにしか見えない。とても親のキャベツから作られたとは考えられない。

遺伝子を改変してキャベツからこんなフランケンシュタイン食品に形が変化したのであれば、予期せぬ有害な成分を作っているかもしれず、こんなお化けみたいな食べ物を売るのはけしからんと反対するのではないだろうか。

 

しかし、「遺伝子くみかえ」食品反対派で自然食万歳のひとたちも、キャベツ、レタス、ブロッコリーやカリフラワーをはじめ、フランケン食品である野菜を健康にいいといって、せっせと毎日食べている。しかも時にはナマ!!で。

 

 

 

○ゲノムと遺伝子

 

ヒトゲノムには2万数千の遺伝子がある。

このゲノムと遺伝子の関係を正確に理解することが、食の安全を理解するキーにもなる。

 

そこで、県人向けに、野球とのアナロジーでゲノムと遺伝子の説明を試みてみよう。

 

カープの本拠地広島市民球場の公称の定員は3万2千である。

球場が満員になっているとき、観客や選手、審判ひとりひとりが遺伝子に対応する。

球場全体がゲノムである。

試合ができる状態のとき、その生物は育成するとする。

 

遺伝子組換え技術では、1遺伝子を挿入するか、あるいは1遺伝子の機能をなくすことである。

すなわち、市民球場の中にいる満員の観客や選手などのうち、ひとり増えるかひとり退場するかに対応することになる。

 

ひとり増える場合、日本人に限らず遠く離れた外国人でも入場を認めることができる。

ただし、試合を妨害する人の入場は認められない。

つまり、進化的に遠く離れた生物からも遺伝子を挿入することができるが、挿入されたゲノムに悪影響を与え、生育できなくなるような遺伝子は使えない。

 

ひとりが退場する場合、ゲームに参加している選手や審判は退場すると、ゲームの進行に支障で出る。したがって退場する人も誰でもいいわけではない。

遺伝子組換え技術で、なにかひとつの遺伝子をつぶすことで、目的の機能を果たさない品種を作ることもできるが、できた生物の育成そのものに影響を与える遺伝子は削除するわけにはいかない。

 

いずれにしても、巨大な球場内(ゲノム)にいる多くの観客や選手(遺伝子)のうち、たったひとりの増減だけがおこる現象が、遺伝子組換え技術である。

視覚的に理解して欲しい。

 

 

一方、伝統的な交雑などの育種ではどうであろうか。

2種の異なる種の生物を掛け合わせ、それぞれのゲノムがランダムに混じり合った新種のゲノムを持つ生物をつくるのが交雑などの育種である。

 

これは、たとえば広島市民球場というゲノムにいる観客・選手など全員(広島遺伝子セット)と呉市の球場というゲノムにいる観客・選手など全員(呉遺伝子セット)をいちどポートピアパークという新しいゲノムに呼び寄せ、そのうち半数近くをランダムに帰宅させるようなものである。

 

残った観客・選手などは、両方の球場にいた人たちの寄せ集めであり(広島・呉モザイク遺伝子セット)、どちらのゲノムから何人残るかは、そのときの天候などの事情による。本人たちの意志は無関係である。

すなわち、実験条件により、熱力学的法則によりランダムに残存遺伝子が選ばれる。

 

あたらしい場所も全く異なる(呉ポーゲノム)。

そこに選手が揃うかどうかもわからず、試合が続行できるか(育成するか)もわからない。

多くの場合は選手が揃わず、試合はできない(生育しない)。

運良く選手がそろえば、試合を続行できる(栽培・生育して商品化できる)が、場所が悪いと試合はできない(有害であったり不味かったり)。

広島と呉といったサイズのちがう(観客定員数がちがう)ゲノムを融合させることができるが、県外人とは一緒にはなれず、県民どうしでないと融合できない(近縁種とだけ交雑できるが、遠縁種とは全く交雑しない)。

 

これで、ゲノムと遺伝子、伝統育種と遺伝子組換え技術のちがいがわかったであろうか。

 

 

 

○ゲノムと遺伝子 Part 2

 

さらにくどいようだが、野球とのアナロジーをもう一題。

 

2004年、日本プロ野球団の再編があった。

パシフィック・リーグの「大阪近鉄バファローズ」が「オリックスブルーウェーブ」に吸収合併される形で消滅した。

かわりに仙台を本拠地とする「東北楽天ゴールデンイーグルス」が誕生した。

大阪近鉄とオリックスに所属していた選手全員は、合併球団である「オリックス・バファローズ」と楽天球団に不均等に振り分ける、いわゆる分配ドラフトによりどちらかの球団に振り分けられた。

 

また、毎年、球団間で選手を交換するトレード、金銭トレード、フリーエージェント(FA)資格選手の球団移動、選抜会議(ドラフト会議)による選手の獲得などがおこなわれ、若干の選手の入れ替えがある。

 

そこで、植物を使った遺伝子組換え技術で作られる遺伝子組換え食品と交配技術で作られる新品種(たとえば京野菜の新品種やハナッコリー)の違い、あるいは動物の遺伝子組換え技術と交雑を利用してつくられる雑種との違いを説明する方法として、次のアナロジーで説明してみる。

 

ゲノム=球団    遺伝子組換え技術=トレード、ドラフトでの選手獲得

遺伝子=選手    交配技術    =おそらく今回限りの分配ドラフト

 

全ての生物は細胞からなり、細胞には遺伝物質としてDNAが含まれている。DNAは4種のヌクレオチドが重合した化合物である。生物ごとに固有の長さと塩基配列を持つDNAを持つ。

 

DNAのうち、転写・翻訳されてアミノ酸配列の情報として使われる部分を遺伝子という。

 

遺伝子組換え技術は、ある生物のゲノムに他の生物のゲノム由来の遺伝子を導入する方法である。

交配による新品種改良では、ある生物Aのゲノムと別の生物Bのゲノムを交雑することによりまったく新しいゲノムを持つ生物Cを作る技術である。

 

大阪近鉄とオリックスとの間の合併劇は交雑とよく似ている。

交雑によりできる新しい品種のゲノムに含まれる遺伝子は選ぶことができない。

今回の分配ドラフトでは、合併球団と楽天球団に選手が振り分けられたが、振り分け方は両球団のオーナーや監督などの意向により決められた。中にはその決定に反乱する選手もいた。

交雑ではどのような新種ができるか、やってみないとまったくわからない。

楽天球団もどんな試合をやるのか、強いか弱いか、シーズンが始まってみないとわからない。

2005年のペナントレースではおおかたの予想どおり楽天球団は非常に弱かった。

2006年ははたしてどうなるであろうか。

 

遺伝子組換え技術では、組換えをしたい遺伝子の性質がわかっており、ある遺伝子を別の生物に導入したときの結果がある程度予想される。

野球では、たとえば機動力を増したい場合には足が早いとわかっている選手を取ったり、長打力を増したい場合はホームランをたくさん打っている選手を取ったり、投手王国を作りたいときには他球団のエース級を取ったりと、あるていど結果が見込める選手を取ってくることがある。

このようなドラフトや他球団とのトレードは、遺伝子組換えとよく似ており、結果が予測しやすい。

 

ドラフトやトレードで選手が数人増減したところで、球団としては大きな変化はない。たとえば、カーブであれば2005年のシーズンで、シーツが出て行ってロマノが入ったところで、カープ球団であることは変化がなく、弱いままであった。

 

植物であるダイズに細菌由来の除草剤耐性遺伝子ひとつを導入しても、できたものはやはりダイズのままである。

日本の球団であるカープに外国人の監督がひとり就任しても、広島東洋カープはカープのままである。

 

分配ドラフトでできた楽天はまったく新しい球団である。

ウマとロバからできたラバはまったく新しい種である。

同様に、伝統育種で作られた作物もゲノム構成の変化した全く新しい種である。

 

 

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無断転載を禁じます。 ashida@msi.biglobe.ne.jp・芦田嘉之

2007221() 更新

 

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