WO2001022074A1 - Highly efficient method of genome scanning - Google Patents

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WO2001022074A1
WO2001022074A1 PCT/JP2000/006512 JP0006512W WO0122074A1 WO 2001022074 A1 WO2001022074 A1 WO 2001022074A1 JP 0006512 W JP0006512 W JP 0006512W WO 0122074 A1 WO0122074 A1 WO 0122074A1
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WO
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electrophoresis
gel
nucleic acid
band
genome
Prior art date
Application number
PCT/JP2000/006512
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French (fr)
Japanese (ja)
Inventor
Shinji Kawasaki
Takao Komatsuda
Yoshiro Mano
Original Assignee
National Institute Of Agrobiological Sciences
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Publication date
Application filed by National Institute Of Agrobiological Sciences filed Critical National Institute Of Agrobiological Sciences
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/26Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
    • G01N27/416Systems
    • G01N27/447Systems using electrophoresis

Definitions

  • the present invention relates to a method for electrophoresing a large number of nucleic acid samples with high efficiency to detect a target nucleic acid, and an electrophoresis apparatus used in the method.
  • the method of the present invention is particularly useful in the detection of polymorphisms in genomic DNA, genetic analysis, genetic mapping, and the creation of contigs or physical maps covering the entire genome of an organism. Background art
  • polymorphism detection by the RAPD method is easily applicable to a relatively large number of samples, but the number of stable bands obtained at one time is limited to only a few. In this case, if the number of bands obtained is increased by relaxing the PCR conditions, there is also a problem that the reproducibility of the obtained polymorphic band is reduced.
  • the Amplified Fragment Length Polymorphism (AFLP) method can be used at a time because many (50-100 or more) bands can be compared at once, the DNA consumption of the sample is small, and the reproducibility of the obtained band is high. It has become.
  • this original method uses a large sequence gel of 40-50 cm, This is a task that requires much experience, such as detection of nucleic acid bands by tradography, and also has limited use conditions, takes a long time to detect, and cannot analyze a large number of samples (one time). Tens).
  • RLGS Restraction Landmark Genome Scanning
  • radioisotopes to detect trace markers.
  • this method requires the use of a large amount of expensive restriction enzymes in order to cleave the nucleic acids in an agarose gel, which involves a high cost.
  • RLGS method when the RLGS method is performed on a rice genome (450 MB), only a limited number of 8-base cleavage enzymes, such as Not I, can be used to limit the labeling site.
  • a dot upper theoretical value 450 MB ⁇ 4 8 13, 700 of Bok obtained by electrophoresis in fact of the nature of the electrophoresis, dot of the 1 / 3-1 / 6 of about 2,000 to 4,000 I can't get it.
  • the individuals to be compared are electrophoresed on different gels, In many cases, migration patterns are displaced, and an expensive large-sized scanner and two-dimensional migration software are required for mutual comparison.
  • the present invention has been made in view of such circumstances, and a purpose thereof is to efficiently and inexpensively electrophorese a large amount of a nucleic acid sample, to detect a target nucleic acid, and to provide a method for the method.
  • the present invention provides, in a preferred embodiment of the method, a method for detecting a genomic DNA polymorphism using the method, a method for genetic analysis, a method for preparing a genetic map, a method for identifying a genomic clone for a specific band, and a method for identifying a whole genome.
  • a method of making an ordered collection of contigs covering a system is provided.
  • the present inventors have conducted intensive studies in order to solve the above problems, and as a result, an electrophoresis method using a small gel conventionally used for protein electrophoresis has been proposed. We thought that a large amount of nucleic acid could be efficiently electrophoresed and used suitably to detect the target nucleic acid.
  • an electrophoresis apparatus for electrophoresing nucleic acids which can be equipped with a plurality of 10-30 cm square gel plates at the same time to perform electrophoresis.
  • An electrophoresis device capable of simultaneously electrophoresing 32 or more nucleic acid samples was manufactured independently.
  • the non-pathogenic gene of the rice blast fungus and the rice camillaz mutant gene were A search for nucleic acid markers was performed. As a result, they found that this method can detect polymorphic bands with remarkably high efficiency as compared with the case of searching by the conventional RAPD method.
  • this method is far more effective than the conventional method. Was found to be efficiently obtained.
  • this method was shown to be useful in isolating and specifically amplifying various important polymorphic bands found by the above-mentioned method.
  • the present inventors have isolated a large number of bands identifying 10 varieties for rice milling by this method, and in fact, designed a primer from sequence information of a band specific to Akitakomachi therein, Genomic DNA obtained from 10 rice cultivars was subjected to PCR using type II. As a result, they found that a specific amplification product by PCR was detected only in Aki Takomachi. That is, it was shown that according to the method of the present invention, a polymorphic band for easily distinguishing rice varieties can be efficiently obtained.
  • this method can also be used to prepare a genetic map of an organism and obtain a nucleic acid matrix for a contig covering the entire genome of an organism.
  • the present invention relates to a method for efficiently and inexpensively electrophoresing and detecting a large amount of a nucleic acid sample, an electrophoresis apparatus for the method, and use thereof, and more specifically, (1) A method for electrophoresing nucleic acids,
  • An electrophoresis apparatus capable of simultaneously carrying out electrophoresis with a plurality of gel plates of 10 to 30 cm square, and capable of simultaneously carrying out electrophoresis of 32 or more nucleic acid samples per gel plate Electrophoresing a nucleic acid sample using
  • a method for preparing a DNA fragment exhibiting a polymorphism comprising isolating, from a gel, the DNA fragment exhibiting the polymorphism detected by the method according to any one of (5) to (8). Including the process,
  • the electrophoresis apparatus is an electrophoresis apparatus capable of mounting a small polyacrylamide gel (10 to 30 cm square, standard 18 cm square), and each gel contains 32 or more (64 standard) samples.
  • Several (2-4 standard) size electrophores can be electrophoresed at the same time, and two or more (4 standard) size electrophores can be electrophoresed to obtain a large number of (256 standard) samples. Can be electrophoresed simultaneously.
  • FIGS. 1 to 4 One example of the electrophoresis apparatus used in the present invention is shown in FIGS. 1 to 4.
  • a single gel made of one piece of 18 cm square glass has a thickness of 66 and has 64 samples.
  • Two size standards can be run at the same time, and four gels can be electrophoresed simultaneously with a single swimming device. As a result, 256 samples can be simultaneously electrophoresed at one time.
  • a discontinuous polyacrylamide electrophoresis system (Lae Verili, UK (1970) Nature 227: 680-685), which is usually used for protein electrophoresis, can be used.
  • a wide range of samples can be run with high resolution even in lanes with a narrow lmm width, and the sensitivity of band detection is also improved.
  • an agarose gel Tris-HC1 pH6.8, 0.5M
  • a separation gel Tris-HCl pH8
  • electrophoresis of the nucleic acid it is possible to migrate the nucleic acid as a double strand, or to migrate the nucleic acid as a single strand after denaturation according to the purpose. In this case, perform electrophoresis on a denaturing gel (gel containing 6 to 8.5 M urea).
  • nucleic acid electrophoresis method of the present invention it is preferable to use a silver staining method or a fluorescent staining method for detecting a nucleic acid band after electrophoresis.
  • silver staining highly sensitive detection can be performed in a short time (1-2 hours).
  • less experience is required, and if it is safe and dried as it is, it can be stored as a sample and the sensitivity can be further increased.
  • fluorescent staining is used, the results can be seen in about 30 minutes of staining, and the nucleic acid recovery rate is high and excellent for excision and recovery of bands.
  • an amplified DNA is designed by designing an electrophoresis gel comb so that two or more lanes can flow at the same interval (9 references) as the holes of an 8 ⁇ 12 96-well microplate. Operation efficiency when loading a sample or the like onto a gel can be greatly improved.
  • the combination with AFLP Amplifie d Fragment Length Polymorphism: Vos P, et al. (1995) Nucleic Acids Research 23: 4407-4414
  • AFLP Amplifie d Fragment Length Polymorphism: Vos P, et al. (1995) Nucleic Acids Research 23: 4407-4414
  • AFLP Amplifie d Fragment Length Polymorphism: Vos P, et al. (1995) Nucleic Acids Research 23: 4407-4414
  • a primer that amplifies a genomic fragment having a 6-base cleavage side and a 4-base cleavage side on both sides of a rice (450 MB) size genome will have 3 bases on each side.
  • the selected nucleotides about 50 amplified bands are obtained per lane (see the following formula).
  • a standard 4-gel 256-sample lane system about 12,800 bands can be obtained in one run (Example 2).
  • a band close to the number estimated by the above calculation was obtained from the actual AFLP experimental example obtained by cutting rice genomic DNA with EcoM and Msel. Although the number is obtained, about half of the bands are particularly clear.
  • Performing PCR at 5-10 ⁇ 1 using 0.2 ml microplates for 96 samples can reduce the cost of enzymes and nucleotides such as thermostable DNA polymerase, Eight samples can be transferred to the gel at one time per bit, so efficiency is high, and electrophoresis of four gels can be performed once a day with sufficient margin.
  • a set of 4 samples consisting of 2 samples of mixed parents and 10 samples of each of dominant and recessive homozygous individuals in F2, one set of 4 lanes / primer pair
  • a standard electrophoresis apparatus (4 gels: 256 lanes) can run 64 primer pairs in one run.
  • all combinations of the 4,096 selection primers are completed in 64 runs (about 2 months in total).
  • This is equivalent to scanning and retrieving 20,000 polymorphic bands in the whole genome for a combination with about 10% polymorphism, such as the cross between rice and India.
  • This efficiency is one to two orders of magnitude higher than conventional methods, which allows for the isolation of genes in a short time, with or without a genetic map.
  • the cost to search all 4,096 entries is inexpensive, at around 400,000 yen.
  • the most commonly used is F2 analysis, but the method of the present invention is used. According to the F2 analysis described above, the distance between polymorphic markers or between a polymorphic marker and a gene can be determined extremely efficiently.
  • a line (A) that has a certain gene and a line that does not have the target gene or has a clear difference in its traits Select and cross with a certain line (B) to obtain a large number of F2.
  • the number of F2 individuals to be analyzed depends on the accuracy of the analysis. If 50 individuals (usually recessive homozygotes) are used, determine the genetic distance between the target gene and the polymorphic marker by examining the recombination rate for 100 chromosomes be able to. Analysis of the recessive homozygous individuals shows that if there is no recombination, all individuals with the same marker type as the parent with the recessive trait in one parent have a recombination rate of 1/100. Will be seen.
  • the test can be performed with a very small amount of sample DNA (less than 100ng).
  • genomic DNA is prepared from each individual, and double digested with two enzymes, EcoRI and Msel, and adabu Yuichi adapted to each enzyme is ligated to the genomic DNA fragment. Perform primary PCR using a primary primer that is compatible with this adapter to amplify genomic fragments.
  • RI strains are strains obtained by crossing generations of different F2 individuals by crossing them for several generations. As a result of the large number of selfing, most of the loci are homozygous and the number of heterozygotes is small, so the segregation ratio is 1: 1 for the dominant trait: recessive trait. Since they are homozygous, genetic analysis according to the present invention is possible as it is. A more precise genetic analysis is possible than F2 analysis, in which the proportion of heterozygous individuals is halved and the separation ratio of dominant and recessive traits is 3: 1. If an appropriate RI strain is available, genetic analysis (RI analysis) using genomic DNA extracted from many RI strains using the present invention can be performed in exactly the same way as in the case of F2 analysis.
  • the standard method can be used to narrow down the markers near the target gene obtained by the Nork analysis method by F2 analysis and to finally map the group of the nearest markers. Since 256 samples can be run at one time, genetic analysis can be performed with extremely high efficiency. In other words, in rice (in the case of the cross between India and Japan), as described in Section 2, if the polymorphisms in the 20,000 band were evenly distributed in the whole genome of 2,000 CM, the bulk It is expected that the number of markers present in a total of 20CM, including about 10CM on both sides near the gene obtained by the method, will be 200 bands.
  • a first step In order to narrow down the nearest markers among these neighboring markers, as a first step, first, 14 recessive homozygous individuals of the F2 generation per marker and the DNA of their parents are passed to 16 lanes per marker. Then, the presence or absence of recombination between the target gene and the candidate marker is examined. Thus, the recombination rate for 28 chromosomes is calculated for each marker. The resolution at this time is about 3.5CM. As a result, a test of candidate markers of 4 bands per gel is performed, and it is possible to check markers of 16 bands in one run, and at the same time, recombination occurs in the nearest vicinity of the gene. Individuals that are present become apparent. After that, only 8 lanes are used in total, including 6 transgenic individuals and parents in the vicinity, and the check of the remaining 192 markers is completed by 6 runs.
  • the remaining markers from the primary screening are mapped to 1CM accuracy.
  • 12 gels are used for each of the 12 markers, and the AFLP products of the 62 recessive homozygous F2 generations + parents are run on one gel.
  • the nearest marker within about 1 CM can be narrowed down by about 11 runs.
  • the average 1 CM will be 500 kB or less. Therefore, from a genomic library using a BAC (Pacteria artificial chromosome) with an average insert size of about 150 kB. Contigs can be formed by selecting clones near the gene.
  • BAC Bacteria artificial chromosome
  • the principle is premised on the assumption that bands obtained by electrophoresis are distributed almost uniformly in the genome and chromosome, and that chromosome recombination occurs uniformly on the genome. In fact, the distribution of bands and recombination positions in the chromosome is unevenly distributed, so the distance between the target marker and the neighboring marker obtained for the number of F2 used is uniform. Tends to be larger than at the time. 4) Application to breeding In addition, the near marker for the specific trait gene obtained as described above is used as a highly reliable marker even when performing native breeding by crossing, and in a large number of progeny obtained by crossing. When analyzing markers, analysis using the genome scanning method can easily analyze a large number of individuals by taking only a small amount of DNA sample, which is a significant task compared to the conventional method using the RFLP method. This can improve efficiency and reduce costs.
  • a QTL is a genetic trait locus in which the expression of the trait is not qualitatively strong and, in many cases, multiple loci are involved in the expression of that trait.
  • QTL analysis analyzes which loci at which positions on the chromosome contribute to the expression of the trait.
  • polymorphisms in a large number of mating progeny individuals must be examined for a large number of nucleic acids that are uniformly distributed throughout the entire genome. For example, if QTL analysis is performed using markers distributed in the entire genome of 2,000 CM at a marker density of about 10 CM / line, it is necessary to examine at least about 50 individuals with 200 markers per F2. If this is performed using the RFLP marker, it is necessary to perform 200 hybridizations on a membrane on which 50 nucleic acids have been plotted, and one hybridization requires two days. Even if about 4 copies are performed at the same time, a total of 100 days will be required. Even if a membrane can be used ten times, the effort required to collect as many as 100 ⁇ g of nucleic acid from all 50 individuals to prepare 20 membranes is enormous.
  • polymorphism bands can be obtained per lane in those showing about 10% polymorphism such as rice-Japanese cross, so that an appropriate primer pair
  • appropriate polymorphism frequencies can be obtained by selecting combinations that are genetically separated from each other in lines that have a remarkable quantitative trait and those that have almost no morphology. If the combination is too far apart, marker separation may not be performed smoothly.
  • F2 or RI strains the number of which varies depending on the purpose
  • the target trait was quantitatively measured, and the genomic MA prepared therefrom was used for 3.1.
  • genomic fragments are amplified by the AFLP method, and the resulting DNA is electrophoresed by the system of the present invention to check and record the polymorphism of the marker band.
  • AFLP is performed using DNAs obtained from a large number of varieties to be compared, and by performing electrophoresis simultaneously using the electrophoresis apparatus of the present invention, tens of bands are obtained for tens to hundreds or more varieties. Can be compared at the same time.
  • This makes it possible to easily select a specific identification for a large number of varieties. In this case, by combining n bands, it is theoretically possible to identify up to 2n varieties and strains, but in actual cases the number of varieties and strains that can be identified is less than this Somewhat less.
  • AFLP or RAPD products from the genome to be compared are mixed, heated and cooled, and migrated as heteroduplex. By comparison with the target band, differences between varieties can be detected with high sensitivity, easily and efficiently.
  • the band can be isolated by the method described in Section 7 and PCR-amplified from specific primers.After PCR, simple agarose electrophoresis can be performed for 1 hour. The type can be determined by the degree. Furthermore, a specific fluorescent label is pre-applied to the primer, and whether or not a band is amplified therefrom is checked with a PCR device equipped with a fluorescence detector. It is also possible to identify varieties and strains without performing.
  • the required map resolution for hundreds to over a thousand markers is the same as when performing QTL analysis. It is necessary to analyze using the number of F2 individuals corresponding to In the case of higher plants, especially the major crops, most of which have a total genome length of 1,500 to 2,000 CM, if a genome map is to be produced by the conventional RFLP method with a density and accuracy of about 1 CM, more than 100 individuals It is necessary to repeatedly plot the membranes produced from the F2 generation for about 1,800 markers, and it takes four days including the preparation of the probe in one plot. It takes 1,800 days of work to process any kind of probe.
  • the prepared genomic DNA is stored in a 96-well microplate, a part (about 0.1 ug) is taken, double digested with EcoRI and MseI, and the adapter is joined to the cut surface. Perform preamplification with the same 5 'primer as the adapter.
  • the pre-amplified PCR product is subjected to secondary amplification using a selection primer having an appropriate number of selection bases as type III, and then applied to the electrophoresis apparatus of the present invention.
  • a selection primer having an appropriate number of selection bases as type III, and then applied to the electrophoresis apparatus of the present invention.
  • 8 or 12 pipes or 8-12 micro syringes will improve the efficiency of gel loading.
  • 4 primer sets can be used for about 20 markers, and for 128 samples, 2 primer sets can be used to run 10 markers at a time.
  • an AFLP map of 227 markers was created in about 2 months using Azumamugi of oats and RI of Kanto Nakaseo Gold, 99 lines. Then, an example is shown in which a map consisting of 272 markers was created by integrating it with a map consisting of 45 markers obtained so far (Fig. 11). Even in this case, an AFLP map can be created alone in about two months, and about 40 times as much efficiency has been achieved as compared to the previous case of creating a map using an STS marker or the like. In the method of the present invention, the working efficiency is further improved compared to the system of the predecessor.
  • the present invention appears to be most effective when used in combination with AFLP, but the characteristics of AFLP are the genomic fragment digested with EcoRI (6 bases recognized) and Mse I (4 bases recognized).
  • the adapter was connected to the fragment and adapted to the respective cutting site.In the first amplification, this adapter sequence was used as a PCR primer to amplify all fragments, and as the second primer for the next secondary amplification The point is that using a selection primer in which the selection sequence of one to several bases is extended on the third side of the primary primer, only the genomic fragments having a sequence that is compatible with the selection primer are specifically amplified.
  • the electrophoresis conditions can be changed. Normally, when PCR amplification products are electrophoresed, these materials are left as double strands It is convenient to run under non-denaturing conditions, but for organisms with a larger genome size (eg, wheat: 5.5 GB), the bands are not clearly separated if the sample is run as a double strand.
  • a denaturing gel containing 8.5 M urea the DNA sample is subjected to thermal denaturation at 90 ° C for 3 minutes in the presence of 50% formamide to dissociate it into single-stranded DNA. Many bands can be clearly identified (Example 4). In actual situations, AFLP becomes more difficult as the genome size increases, so it is realistic to use a combination of the above two methods.
  • a band that carries particularly important information is identified in each case. That is, a band in the vicinity of the specific gene in 3), a band suitable for cultivar discrimination in 4), and a band that becomes a landmark in the genetic map in 5).
  • Bands that carry important information may require isolation of genomic clones containing them.
  • a high-density membrane has already been prepared by arranging and binding the constituent clones of the genomic library by colony hybridization, as a band directly amplified by PCR as in step 7, or as a SCAR marker
  • the target clone can be picked up by performing hybridization on the membrane using the amplified band as a probe.
  • a coordinate marker was prepared by mixing the two primers, AFLP was performed on these with the same primer pair using genomic DNA as a control, and then electrophoresed using this system to amplify the same band as the control. are, row, ⁇ 1 J, the plate coordinates, clones having the desired band without resorting to hybrida I See Chillon can be identified.
  • the genome library of the whole genome which is usually several genomes or more, is divided into several sublibraries equivalent to about one genome.
  • the clones that make up the sublibrary are uniquely determined if the row, column, and plate numbers of the microplate are the coordinates, so the row, column, and plate numbers are the same axes as the coordinate axes.
  • a small amount of DNA is collected from a clone with coordinates and mixed to make a coordinate sample that represents the coordinates of the row, column, and plate axes.
  • the genomic DNA is subjected to the genomic scanning method of the present invention by using the genomic DNA as a ⁇ ⁇ ⁇ , and when the AFLP pattern is compared at both ends of the coordinate lane with the reference genomic DNA as the ⁇ , a specific band having the genomic DNA as ⁇ is obtained Corresponding clones can be easily detected from the sublibrary. Assuming that there are two or n-number of corresponding clones subgroups, although eight or n 3 pieces of clone 2 3 will correspond with the band, in this case it takes out the 8 clones If the second electrophoresis is performed by the genome scanning method, two truly corresponding clones can be identified. A specific method for preparing a coordinate sample of the sublibrary is shown in Example 5.
  • the sublibrary equivalent to about 1 genome is about 300 clones, and 8 rows, 6 columns, 6 and a half. Can be placed on a plate.
  • two gels can be used to migrate a sublibrary equivalent to 6 genomes, that is, a whole genome library. That is, if it is possible to identify and respond to approximately 60 bands of 2 primer pairs in one run, 1500 bands can be processed in 25 runs.
  • FIG. 1 shows a front view and a top view of a main body of a standard electrophoresis apparatus used for a genome scanning method.
  • Four 18 cm square gels can be run simultaneously.
  • One gel has a comb for carrying 66-68 specimens with a width of 1 millimeter.
  • a well for sample application is made.
  • 2-4 lanes are used for flowing molecular weight markers, etc.
  • With 4 gels 256 samples can be run at a time. Efficient PCR-amplified samples can be applied to a gel by using 8 micro-mouth pipes.
  • FIG. 2 is a diagram showing a gel plate stopper part of a standard electrophoresis apparatus used for the genome scanning method.
  • FIG. 3 is a diagram showing a standard electrophoresis apparatus used for the genome scanning method.
  • Figure 4 is a photograph showing a finished product of a standard electrophoresis apparatus used for the genome scanning method.
  • FIG. 5 is an electrophoretogram showing primary screening using a genome scanning method for candidate markers near the apathogenic gene avrPib of the rice blast fungus obtained by bulk analysis. Genomes combined with AFLP in the parent strains avrPib—, +, bulk avrPib—, ju, F1 strain avrPib—6 strains, and +6 strains for the primer pairs A, B, C, and D, each having four types of nearby marker candidates. Scanning analysis was performed. The triangles in the figure indicate bands that are candidates for a marker. Primary screening for A, B, and C all showed genotype and cosegregation as expected, but recombination was observed for every eleven strains for D (closed triangles).
  • Figure 6 shows the results obtained by mapping the non-pathogenic gene avrP ib, a non-pathogenic gene of rice blast fungus, obtained by the RAPD method and the genome scanning method using 125 F1 strains by each method.
  • 3 shows a detailed map of the vicinity of the obtained gene.
  • 700 primers were used in the RAPD method, and 251 primer-pair PCR was used in the genome scanning method.
  • the search and mapping of markers by the RAPD method took three months, while the genome scanning method was completed in January. The number of bands counted was limited to very clear ones, so they are quite small.
  • An A marker obtained by the genome scanning method.
  • Fig. 7 is an electrophoresis photograph showing an example of bulk analysis for searching for a marker adjacent to be-3, which is a cellulase mutant mutant of rice.
  • the set of 4 lanes is from left to right: mutant parent (Mil: japonica), mutant (recessive) homo bulk, wild-type (dominant) homo bulk, wild-type parent (Kasalath: indica).
  • Arrows indicate candidate markers near the gene where a clear difference between the bulks is observed. Even in the case of a clear band alone, 20 to 30 lines are counted per lane. If a slightly narrow band is included, the theoretical value of around 50 lines is confirmed in one lane.
  • Fig. 8 shows the crossing of azum wheat (Article 6) X Kanto medium-grade gold (Article 2) and backcrossing with Azum wheat (Article 6) for 7 generations in order to search for genes that determine the bisexuality of oats.
  • This is a photograph comparing genomic scanning of a line that was established as a two-line near-isogenic line with a background of azum and a return parent, azum, in which a line exhibiting striation was selected.
  • a search was made for differences between a pair of 16 primers in 32 lanes, but there were very few differences between the two primers, and these were candidates for polymorphic bands in a region strongly linked to the bisection gene.
  • FIG. 9 shows an example of SCAR (Sequence Characterized Amplified Region) marker obtained by isolating a band specific to “Akitakomachi”. Primer created by inversion.
  • B is an electrophoresis photograph showing bands amplified by PCR from 10 major varieties of nucleic acids using the primer of A. Specific bands are amplified only in Akitakomachi.
  • control 1 is a specific band isolated for sequencing as a template.
  • FIG. 10 shows a method for directly selecting a clone corresponding to a specific band from a genomic library using a genome scanning method.
  • blast fungus gene size A library of 6 genomes with an average insert size of 120 kB (40 MB) was divided into six sublibraries of almost one genome, and clones corresponding to the genome scanning band were identified from each library. I have.
  • Fig. A the clones indicated by black circles are displayed as row C, column 4, and a plate.
  • Coordinates A coordinate sample representative of line C is made by collecting 10 ng of the DNA of the clones in all columns on line C of all half plates.
  • Fig. B one sub-library consists of a coordinate sample for eight rows, six columns, and six half plates, and a target genomic lane, for a total of 22 lanes. Six genomes can be run simultaneously on two gels, and the corresponding clone is identified from the coordinates that show the band that matches the control band.
  • FIG. 11 shows an example in which a genetic map of wheat was prepared by electrophoresis on a 15-lane type gel, which is the predecessor of the genome scanning method. Out of a total of 272 markers, 227 AFLP markers were mapped in this way. BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
  • avrPib is a non-pathogenic gene of blast fungus corresponding to the rice resistance gene Pi-b.Rice resistance is established by the recognition of this gene product by the rice Pi-b gene. Mutation in the avrPib gene will disrupt resistance to Pi-b. Therefore, the cause of the mutation in the strain that caused the resistance collapse by isolating this gene, the resistance gene product and the non-pathogenic gene product We need to find out how they interact. By crossing with blast fungus that infects Pi-b isolated from the area where resistance collapse actually occurred, precise mapping of non-pathogenic genes was compared between the RAPD method, which is a representative of the conventional method, and this method did.
  • a strain containing avrPib (which cannot infect rice with Pi-b) and a strain without avrPib (infecting rice with Pi-b) were crossed to obtain a large number of strains of the F1 generation. .
  • genomic DNA was obtained from more than a dozen strains each of the avrPib holding group (+) and the deletion group (-).
  • the results were compared with the results of amplification using about 540 primers by the RAPD (Random Amplified Polymorphic DNAs) method.
  • RAPD Random Amplified Polymorphic DNAs
  • the band alone compared 1860 bands between bulks and found about 100 parental polymorphism bands.
  • the candidate genes near the gene that showed a clear difference between dominant homozygous and recessive homozygous in the bulk method were 6 and 41 in RAPD and AFLP, respectively.
  • These bands were first tested using 12 actual F1 strains and subjected to primary screening (Fig. 5). Furthermore, we increased the number of F1 strains, and finally made a precise map around avrPib by testing with 125 F1 loaf strains (Fig. 6).
  • the RAPD method showed that 2 bands and the present method showed 12 bands were actually within 20 CM of the target gene avrPib.
  • the band closest to the target gene was 5.3 CM obtained by the RAPD method, whereas the band obtained by this method was much closer to 1.8 CM. Since 1 CM is equivalent to about 80 kB for blast fungus, this distance can be said to be a distance that can be sufficiently transferred to physical map creation.
  • Example 2 Precise mapping of one of the rice camillaz mutant genes, be-3, a mutant that is unable to synthesize cellulose required for secondary thickening of the cell wall of rice bar (force myraz: brittle culm)
  • a genome scan was used to search for nucleic acids near the causal gene of be-3, one of the genes.
  • a cross with a japonic a-type be-3 mutant: Mll and an indica-type wild-type Kasalath was used.
  • Analysis of up to F3 generations identified 10 mutant homozygotes and 8 wild-type homozygotes, and combined the genomic MAs with the parental strain and performed bulk analysis by genomic scanning combined with AFLP Was served.
  • Fig. 8 shows the search for genes that determine the bisexuality of barley.
  • crossing with Azumamugi (Article 6) X Kanto Nakasei Gold (Article 2) and backcrossing with Azumamugi (Article 6) were repeated for seven generations.
  • a search was made for differences between 16 primer pairs in 32 lanes, but the differences between the two were extremely limited, and these are candidates for polymorphic bands in a region strongly linked to the double-stranded gene.
  • Example 4 Isolation of identification bands of rice varieties identified by genome scanning method and design of specific primers by sequence analysis We developed a SCAR marker to easily identify commercial rice varieties, and attempted to construct a system that allows anyone to easily identify varieties by performing PCR on the spot.
  • AFLP genome scanning method
  • a primer was designed to specifically amplify the target band (FIG. 9A). Using these primers, PCR amplification was performed using DNA obtained from the main 10 varieties as templates, and it was confirmed that the specific band was amplified only in “Akitakomachi” (Fig. 9B).
  • Example 5 Method for selecting a clone of a library corresponding to a nucleic acid marker Normally, when a clone corresponding to a specific band obtained by the present method is identified from a genomic library, as in Example 3, Using the SCAR marker obtained in the above, colony hybridization is performed on a high-density membrane carrying the library to select positive clones. Using all methods requires too much labor and cost, and the internal sequence of the isolated band is not always unique.
  • a method for directly selecting a library clone corresponding to a specific band by a genome scanning method without isolating the marker-one band may be as follows. First, the DNA of a genomic clone such as BAC is extracted from all the library clones using a plasmid extractor to prepare a plate of DNA having the same sequence as the plate of the original clone. Next, divide the whole genome library to It is a set of size sub-libraries. This ensures that on average only one clone per sublibrary corresponds to a particular band. In addition, 10 ng of DNA is collected from clones with the same coordinate number using the row, column, and plate numbers as the coordinates from several microplate clones that constitute each sublibrary, and correspond to each coordinate.
  • a coordinate sample For example, from the clone in the third row, all 10 ng of DNA is collected and collected, regardless of the plate number or column number, and used as a coordinate sample on the third row. Similarly, create coordinate samples for all coordinates, and apply the same genomic scanning method for each coordinate sample and the control whole genome sample.
  • To prepare the coordinate sample MA even without extracting the MA of all clones in the genomic library, the culture of each clone, which had been increased to about 2 ml, was mixed in small amounts in each row, column, and plate, and the coordinate sample and MA were extracted. After that, DNA may be extracted from the mixed culture.
  • This method is most effective when all the bands obtained by a large number of genome scanning methods correspond to one library to create a contig of the whole genome so as to cover the constituent clones of the genomic library. is there. This makes it easy for one person to create a whole genome container.
  • FIG 10A one half of the genomic library of blast fungus (40 MB) (average 120 kB; equivalent to 6 genomes) was divided into six subgenomic libraries, each of which corresponds to almost one genome. It shows how to identify a specific clone from one subgenomic library consisting of one full plate).
  • the first row of row coordinates is the first row of six half-plates.
  • the clone can be identified.
  • one gel (66 lanes) can simultaneously run three subgenomic libraries, two gels can cover the entire genome and six sublibraries. That is, considering one AFLP with one primer pair, it is possible to search for clones corresponding to about 25-40 bands on two gels for a whole genome library equivalent to 6 genomes. Since the standard genomic scanning method uses four gels, clones corresponding to the 50-80 bands obtained by two primer pairs in one swim can be similarly identified from the whole genome library.
  • a contig covering the entire genome can be easily prepared. That is, after dividing a genomic library consisting of several genomes into one sub-library equivalent to about one genome, the rows, columns, and plates of each set of microplates constituting each sub-library are divided into x, Create coordinates using the y- and z-axes, collect all the DNAs of the clones that are orthogonal to each coordinate, and prepare a coordinate sample to form a ⁇ . By running this together with a normal whole genome MA type II control along with the genome scanning method, clones corresponding to each band found in the whole genome lane can be identified (FIG. 10). If bands are found at a density of about 1 band / 20-50 kB, a whole genome contig consisting of several clones on average can be completed.

Abstract

It is found out that use of a nucleic acid electrophoresis apparatus with the use of a small-sized gel makes it possible to detect polymorphic bands at a remarkably higher efficiency than in the conventional methods. It is further found out that this method is appropriately usable in analyzing heredity, distinguishing biological strains, etc.

Description

明細書 高能率ゲノム走査法 技術分野  Description High efficiency genome scanning
本発明は、 多数の核酸試料を高効率で電気泳動し、 目的とする核酸を検出する ための方法および該方法に用レ、られる電気泳動装置に関する。 本発明の方法は、 ゲノム DNAの多型の検出、 遺伝分析、 遺伝子地図作製、 および生物の全ゲノムを 覆うコンティグないしは物理地図の作製において特に有用である。 背景技術  The present invention relates to a method for electrophoresing a large number of nucleic acid samples with high efficiency to detect a target nucleic acid, and an electrophoresis apparatus used in the method. The method of the present invention is particularly useful in the detection of polymorphisms in genomic DNA, genetic analysis, genetic mapping, and the creation of contigs or physical maps covering the entire genome of an organism. Background art
生物の品種等の間での違いを核酸レベルで検出しょうとする際、 これまでは R FLP(Restriction Fragment Length Polymorphism)法や EAPD( Randomly Amplif ie d Polymorphic DNAs)法等の手法が主として用いられてきた。 しかしながら、 RFL P法は、 多量の DNA試料を必用とする上に、 特定遺伝子近傍のマーカーを検索す るためにはその生物に対する既存の RFLPマ一カーを基に作製したゲノム地図が 不可欠である。 しかも、 この地図の作製には長い時間と膨大なコストと人員とが 必用であり、 十分な密度で RFLPマーカーを持った遺伝子地図を備える生物は極 めて限られている。 一方、 RAPD法による多型の検出は、 比較的多数の試料に対 応しやすいが、 一度に安定して得られるバンドの数は数本程度と限られている。 この場合に、 PCRの条件を緩めて得られるバンドの数を増やそうとすると、 得ら れる多型バンドの再現性が低下するという問題点も有する。  Until now, when trying to detect differences between biological varieties at the nucleic acid level, techniques such as the R FLP (Restriction Fragment Length Polymorphism) method and the EAPD (Randomly Amplified d Polymorphic DNAs) method have been mainly used. Was. However, the RFLP method requires a large amount of DNA samples, and a genome map based on existing RFLP markers for the organism is indispensable for searching for markers near a specific gene. . Moreover, the construction of this map requires a long time, enormous cost and manpower, and very few organisms have genetic maps with sufficient density and RFLP markers. On the other hand, polymorphism detection by the RAPD method is easily applicable to a relatively large number of samples, but the number of stable bands obtained at one time is limited to only a few. In this case, if the number of bands obtained is increased by relaxing the PCR conditions, there is also a problem that the reproducibility of the obtained polymorphic band is reduced.
最近は AFLP( Amplified Fragment Length Polymorphism)法が一度に多数の(50 -100以上の)バンドを比較でき、 試料の DNAの消費量も少なく、 得られるバンド の再現性も高いことから良く用いられるようになつてきた。 しかし、 この原法は 40-50cmに及ぶ大型のシークェンスゲルを用い、 また、 アイソトープによるォ一 トラジオグラフによる核酸バンドの検出を行う等、 多くの経験を必用とする作業 である上に、 使用条件が限られ、 検出にも時間がかかり、 かつそれほど多数の試 料を分析できない(1回に数十程度)という欠点があった。 Recently, the Amplified Fragment Length Polymorphism (AFLP) method can be used at a time because many (50-100 or more) bands can be compared at once, the DNA consumption of the sample is small, and the reproducibility of the obtained band is high. It has become. However, this original method uses a large sequence gel of 40-50 cm, This is a task that requires much experience, such as detection of nucleic acid bands by tradography, and also has limited use conditions, takes a long time to detect, and cannot analyze a large number of samples (one time). Tens).
最近では、 バンドを蛍光プライマ一を用いた PCRと自動シークェンサ一とによ り、 比較的簡便に検出する手法が開発されたが、 この手法に用いるシークェンサ —は高額(1-2千万円以上)であり、 しかも、 この方法による実験においては長時 間に豆り、 本来、 遺伝子の塩基配列の決定に用いる機械を占有してしまう。 さら に、 この手法におけるバンドの検出は、 自動シークェンサ一を用いるシステムで 行なわれることを前提としているため、 検出後に目的のバンドを単離して解析す ることができない。 このため、 検出されたバンドを、 SCAR (Sequence Character ized Amplified Region) マーカーとして、 特異的プライマーにより簡便に検出 することができない点が大きな問題である。 また、 現在供給されている蛍光ブラ イマ一は、 8-9種類づつで、 全て組み合わせても 64- 81のプライマー対の組み合 わせしか得ることができない。  Recently, a relatively simple method of detecting bands by PCR using fluorescent primers and an automatic sequencer has been developed. However, the sequencer used in this method is expensive (more than 1-2 million yen). In addition, experiments using this method take a long time, and occupy the machines that are used to determine the nucleotide sequence of genes. Furthermore, since band detection in this method is premised on being performed in a system using an automatic sequencer, the band cannot be isolated and analyzed after detection. For this reason, a major problem is that the detected band cannot be easily detected with a specific primer as an SCAR (Sequence Characterized Amplified Region) marker. In addition, currently available fluorescent primers are 8-9 types, and even if they are all combined, only a combination of 64-81 primer pairs can be obtained.
また、 ゲノム全体にわたる多型バンドを一度に検出する方法として、 RLGS(Res triction Landmark Genome Scanning)法も挙げられるが、 この方法においてもラ ジォアイソトープを用いており、 微量のマーカ一の検出のために数日を要する上 に、 1試料毎に巨大 ( 40 X 30cm )なゲルや長く細いァガロースゲルを扱う必用があ る。 このため、 この方法では腕力と十分な経験とを必用とする。 また、 この方法 ではァガロースゲル中で核酸の制限酵素切断を行うために、 大量の高額な制限酵 素を用いる必用があり、 高いコス卜がかかるという問題点も存在する。  Another method for detecting polymorphic bands in the whole genome at one time is the RLGS (Restraction Landmark Genome Scanning) method, which also uses radioisotopes to detect trace markers. In addition to this, it takes several days, and it is necessary to handle a huge (40 x 30 cm) gel or a long and thin agarose gel per sample. For this reason, this method requires strength and sufficient experience. In addition, this method requires the use of a large amount of expensive restriction enzymes in order to cleave the nucleic acids in an agarose gel, which involves a high cost.
イネのゲノム( 450MB )について RLGS法を実施する場合を例にとれば、 標識部位 の限定に用いる 8塩基切断酵素が Not I等限られたものしか用いることができな い上、 1回の電気泳動で得られるドッ 卜の上限理論値が 450 MB÷48 = 13, 700で あり、 実際は電気泳動の性質上、 この 1/3〜1/6程度の 2,000〜4,000のドットし か得られない。 しかも、 比較すべき個体同士が別々のゲルで電気泳動されるため、 泳動パターンがずれる場合が多く、 相互の比較には高価な大型スキャナーと 2次 元泳動ソフトとが必要となる。 For example, when the RLGS method is performed on a rice genome (450 MB), only a limited number of 8-base cleavage enzymes, such as Not I, can be used to limit the labeling site. a dot upper theoretical value 450 MB ÷ 4 8 = 13, 700 of Bok obtained by electrophoresis in fact of the nature of the electrophoresis, dot of the 1 / 3-1 / 6 of about 2,000 to 4,000 I can't get it. Moreover, since the individuals to be compared are electrophoresed on different gels, In many cases, migration patterns are displaced, and an expensive large-sized scanner and two-dimensional migration software are required for mutual comparison.
一方、 全ゲノムをカバーする隣接クローンが互いの重複により整理、 接続され たゲノムライブラリーの作製においては、 初期の頃は、 RFLPマップ等の既存の 地図のマーカーを利用する試みがなされていた。 しかしながら、 高密度マップと いわれるものでもせいぜい 2,000程度のマーカーがあるに過ぎず、 イネ程度の小 さなゲノム(450MB)を持つものでも、 平均 200KB/バンド以上の密度でしかないた め、 全ゲノムをカバーするコンティグを作製するにはまばら'すぎ、 またこれだけ の数の RF LPマ一カーの検索のためには膨大な人員とコストと時間がかかる。  On the other hand, in the early days of creating a genomic library in which adjacent clones covering the entire genome were arranged and connected by overlapping each other, attempts were made to use markers on existing maps such as RFLP maps. However, even a high-density map has at most about 2,000 markers, and a small genome (450 MB) as small as rice has an average density of 200 KB / band or more. However, it is too sparse to create a contig covering the entire genome, and searching for this many RF LP markers requires enormous manpower, cost and time.
最近はライブラリー構成クローンを適当な制限酵素で切断した断片を高分解能 のゲルで泳動して、 そのパターンを全てデジタル化してデータベースとして取り 込み、 コンピュータ上で共通パターンを持つクローン同士を組み合わせて、 全ゲ ノムをカバーするコンティグに組み上げる手法が良く用いられる。 しかしながら、 この手法においても全クローンを切断後末端を放射標識してオートラジオグラフ ィーを行なうという膨大な労力とコストとが必要になる。 発明の開示  Recently, fragments obtained by cleaving library-constituting clones with appropriate restriction enzymes are electrophoresed on a high-resolution gel, all the patterns are digitized and imported as a database. A method of assembling a contig covering all genomics is often used. However, even in this method, enormous labor and cost of performing autoradiography by cleaving all clones and radiolabeling the end thereof are required. Disclosure of the invention
本発明は、 このような状況に鑑みてなされたものであり、 その目的は、 大量の 核酸試料を効率的かつ廉価で電気泳動し、 目的の核酸を検出するための方法およ び該方法のための電気泳動装置を提供する。 また、 本発明は、 該方法の好ましい 利用の態様において、 該方法を利用したゲノム DNAの多型の検出法、 遺伝分析法、 遺伝子地図作製法、 特定のバンドに対するゲノムクローンの同定法および全ゲノ ムをカバーする整列化したコンティグの集合の作製法を提供する。  The present invention has been made in view of such circumstances, and a purpose thereof is to efficiently and inexpensively electrophorese a large amount of a nucleic acid sample, to detect a target nucleic acid, and to provide a method for the method. To provide an electrophoresis apparatus. Further, the present invention provides, in a preferred embodiment of the method, a method for detecting a genomic DNA polymorphism using the method, a method for genetic analysis, a method for preparing a genetic map, a method for identifying a genomic clone for a specific band, and a method for identifying a whole genome. A method of making an ordered collection of contigs covering a system is provided.
本発明者等は、 上記課題を解決すべく鋭意研究を行なった結果、 従来、 タンパ ク質の電気泳動に一般的に用 tゝられている小型のゲルを利用した電気泳動法が、 大量の核酸を効率的に電気泳動し、 目的の核酸を検出するのに好適に用いること ができるのではないかと考えた。 The present inventors have conducted intensive studies in order to solve the above problems, and as a result, an electrophoresis method using a small gel conventionally used for protein electrophoresis has been proposed. We thought that a large amount of nucleic acid could be efficiently electrophoresed and used suitably to detect the target nucleic acid.
そこで、 本発明者らは、 核酸を電気泳動するための電気泳動装置であって 10 〜30cm角のゲル板を同時に複数枚装備して電気泳動を行なうことができ、 かつ、 ゲル板 1枚当たり 32以上の核酸試料を同時に電気泳動することができる電気泳 動装置を独自に製作し、 この電気泳動装置を用いて、 イネいもち病菌の非病原性 遺伝子およびィネのカマイラズ変異体遺伝子の近傍の核酸マーカ一の検索を行な つた。 その結果、 この方法により、 従来法の RAPD法で検索を行なった場合と比 較して、 顕著に高効率で多型バンドを検出しうることを見出した。  Thus, the present inventors have developed an electrophoresis apparatus for electrophoresing nucleic acids, which can be equipped with a plurality of 10-30 cm square gel plates at the same time to perform electrophoresis. An electrophoresis device capable of simultaneously electrophoresing 32 or more nucleic acid samples was manufactured independently. Using this electrophoresis device, the non-pathogenic gene of the rice blast fungus and the rice camillaz mutant gene were A search for nucleic acid markers was performed. As a result, they found that this method can detect polymorphic bands with remarkably high efficiency as compared with the case of searching by the conventional RAPD method.
また、 検出された多型バンドにつき連鎖分析を行なった結果、 検出された多型 バンドのうち特に標的遺伝子の近傍に位置付けられるバンドについても、 この方 法によれば、 従来法に比して、 はるかに効率的に得られることを見出した。  In addition, as a result of performing a linkage analysis on the detected polymorphic bands, among the detected polymorphic bands, in particular, those located near the target gene, this method is far more effective than the conventional method. Was found to be efficiently obtained.
さらに、 この方法は、 上のような手法で見出された各種の重要な多型バンドを 単離して特異的に増幅させる上でも役立つことが示された。 例として、 本発明者 等は、 この方法により、 精米主用 10品種を識別する多数のバンドを単離し、 実 際にその中のあきたこまちに特異的なバンドの配列情報からプライマ一を設計し、 精米主用 10品種から得たゲノム DNAを銪型に PCRを行なった。 その結果、 あき たこまちにのみ PCRによる特異的な増幅産物が検出されることを見出した。 即ち、 本発明の方法によればイネ品種間の識別を簡便に行なうための多型バンドを効率 的に得ることもできることが示された。  In addition, this method was shown to be useful in isolating and specifically amplifying various important polymorphic bands found by the above-mentioned method. As an example, the present inventors have isolated a large number of bands identifying 10 varieties for rice milling by this method, and in fact, designed a primer from sequence information of a band specific to Akitakomachi therein, Genomic DNA obtained from 10 rice cultivars was subjected to PCR using type II. As a result, they found that a specific amplification product by PCR was detected only in Aki Takomachi. That is, it was shown that according to the method of the present invention, a polymorphic band for easily distinguishing rice varieties can be efficiently obtained.
さらに、 本発明者等は、 この方法によれば、 生物の遺伝子地図の作製や生物の 全ゲノムをカバーするコンティグのための核酸マ一力一を得ることも可能である ことを見出した。  Furthermore, the present inventors have found that this method can also be used to prepare a genetic map of an organism and obtain a nucleic acid matrix for a contig covering the entire genome of an organism.
従って、 本発明は、 大量の核酸試料を効率的かつ廉価で電気泳動し検出するた めの方法および該方法のための電気泳動装置並びにそれらの利用に関し、 より具 体的には、 ( 1 ) 核酸を電気泳動する方法であって、 Therefore, the present invention relates to a method for efficiently and inexpensively electrophoresing and detecting a large amount of a nucleic acid sample, an electrophoresis apparatus for the method, and use thereof, and more specifically, (1) A method for electrophoresing nucleic acids,
(a) 10〜30cm角のゲル板を同時に複数枚装備して電気泳動を行なうことがで き、 かつ、 ゲル板 1枚当たり 32以上の核酸試料を同時に電気泳動することがで きる電気泳動装置を用いて、 核酸試料を電気泳動する工程、 および  (a) An electrophoresis apparatus capable of simultaneously carrying out electrophoresis with a plurality of gel plates of 10 to 30 cm square, and capable of simultaneously carrying out electrophoresis of 32 or more nucleic acid samples per gel plate Electrophoresing a nucleic acid sample using
(b) 電気泳動後のゲル上の核酸のバンドを検出する工程、 を含む方法、 (b) detecting a nucleic acid band on the gel after electrophoresis, a method comprising:
(2) 不連続緩衝液型のゲルを用いて電気泳動を行う、 ( 1) に記載の方法、(2) performing the electrophoresis using a discontinuous buffer type gel, the method according to (1),
(3) 核酸試料が変性処理による 2本鎖 DNAの解離により調製された 1本鎖!) NAであり、 変性ゲルを用いて電気泳動を行う、 (1) に記載の方法、 (3) Single-stranded nucleic acid sample prepared by dissociation of double-stranded DNA by denaturation treatment! The method according to (1), wherein the electrophoresis is performed using a denaturing gel,
( 4 ) ゲル上の核酸のノ ンドの検出を蛍光染色または銀染色により行なう、 (4) Detecting the nucleic acid node on the gel by fluorescent staining or silver staining.
( 1 ) に記載の方法、 The method described in (1),
(5) 被検個体間のゲノム DNAの多型を検出するために実施する、 ( 1) 、 (5) To detect genomic DNA polymorphisms among test subjects, (1),
(2) 、 (4) のいずれかに記載の方法、 The method according to any one of (2) and (4),
(6) 被検個体間のゲノム MAの多型を検出するために実施する、 (3) に記 載の方法、  (6) The method described in (3), which is performed to detect a genomic MA polymorphism between test subjects,
(7) 核酸試料が AFLP法により増幅された DNA断片である、 (5) に記載の 方法、  (7) The method according to (5), wherein the nucleic acid sample is a DNA fragment amplified by the AFLP method.
(8) 核酸試料がヘテロ 2本鎖 DNAである、 (5) に記載の方法、  (8) The method according to (5), wherein the nucleic acid sample is hetero double-stranded DNA.
(9) 多型を示す DNA断片を調製する方法であって、 (5) から (8) のいず れかに記載の方法において検出された多型を示す DNA断片をゲルから単離するェ 程を含む方法、  (9) A method for preparing a DNA fragment exhibiting a polymorphism, comprising isolating, from a gel, the DNA fragment exhibiting the polymorphism detected by the method according to any one of (5) to (8). Including the process,
( 10) (9) に記載の方法により単離された被検個体間で多型を示す DNA断 片、  (10) A DNA fragment showing polymorphism among test individuals isolated by the method described in (9),
( 1 1) 遺伝分析を行なうために実施する、 ( 1) から (8) のいずれかに記 載の方法、  (1 1) The method described in any one of (1) to (8), which is performed to perform genetic analysis,
(12) 遺伝分析が F2分析、 RI( recombinant imbred)分析、 または QTL (Qua ntitative Traits Loci) 分析である、 ( 1 1) に記載の方法、 (13) 生物の遺伝子地図の作成のために実施する、 ( 1) から (8) のいず れかに記載の方法、 (12) The method according to (11), wherein the genetic analysis is F2 analysis, RI (recombinant imbred) analysis, or QTL (Quantitative Traits Loci) analysis. (13) The method according to any one of (1) to (8), which is performed for preparing a genetic map of an organism,
( 14) ( 13) に記載の方法により検出された多型を示すゲノム DNAのバン ドをマーカーとして作成された生物の遺伝子地図、  (14) A genetic map of an organism created using a genomic DNA band showing a polymorphism detected by the method according to (13) as a marker,
( 15) ( 1) から (8) のいずれかに記載の方法により検出されたゲル上の 特定の核酸のバンドに対応するクローンをゲノム DNAライブラリーから選択する 方法であって、  (15) A method for selecting a clone corresponding to a specific nucleic acid band on a gel detected by the method according to any one of (1) to (8) from a genomic DNA library,
(a) 特定の生物のゲノム DNAライブラリーを、 それそれが該生物の 1ゲノム以 下のサイズの複数のサブライブラリーに分割する工程、  (a) dividing a genomic DNA library of a particular organism into a plurality of sub-libraries, each of which is smaller than one genome of the organism;
(b) それそれのサブブラリーに含まれる全クローンに対し、 サプライブラリー の行、 列、 プレートの番号を振り付ける工程 (ここで行、 列、 プレートをそれぞ れ座標 X、 座標 Y、 座標 Ζとする) 、  (b) The process of assigning the number of the row, column, and plate of the supply library to all the clones included in each subbrief (here, the row, column, and plate are designated as coordinate X, coordinate Y, and coordinate Ζ, respectively). Do),
(c) 全てのプレートの特定の行を示すクローン (座標 Xクローン群) 、 および 全てのプレートの特定の列を示すクロ一ン (座標 Υクローン群) 、 および 1つの サプライブラリーの特定のプレート上の全てのクローン (座標 Ζクローン群) を それそれ集めて別々に DN Αを抽出して座標サンプルとし、 対照として該生物か ら調製したゲノム D N Aを用意し、 座標サンプルと対照とを並べて請求項 1から 4のいずれかに記載する方法で電気泳動し、 バンドを検出する工程、  (c) A clone indicating a particular row of all plates (coordinates X clones), and a clone indicating a particular column of all plates (coordinates Υ clones), and on a particular plate of one supply library All the clones (coordinates Ζ clone group) are collected separately, DN 抽出 is separately extracted and used as a coordinate sample, genomic DNA prepared from the organism is prepared as a control, and the coordinate sample and the control are arranged side by side. Electrophoresis by the method described in any one of 1 to 4, and detecting a band,
(d) 対照における目的の核酸のバンドとゲル上での泳動度が一致するバンドが、 座標 Xクローン群、 座標 Yクローン群、 および座標 Zクローン群のそれそれのク 口一ン群の中のどの座標のクローンであるかを決定する工程、  (d) Bands with the same mobility on the gel as the band of the nucleic acid of interest in the control are the clones at coordinates X, Y, and Z clones. The process of determining which coordinates are clones,
( e ) 決定された 3次元座標に対応するクローンをサブライブラリ一から選択す る工程、 を含む方法、 を含む方法、  (e) selecting a clone corresponding to the determined three-dimensional coordinates from one of the sub-libraries;
( 16) 特定の生物の全ゲノム DNAを覆うコンティグを作成するために実施す る、 ( 15) に記載の方法、 ( 1 7 ) 核酸を電気泳動するための電気泳動装置であって、 10〜30cm角のゲ ル板を同時に複数枚装備して電気泳動を行なうことができ、 かつ、 ゲル板 1枚当 たり 32以上の核酸試料を同時に電気泳動することができる電気泳動装置、 を提 供するものである。 (16) The method according to (15), which is performed to create a contig covering the whole genomic DNA of a specific organism. (17) An electrophoresis apparatus for electrophoresing nucleic acids, in which a plurality of gel plates of 10 to 30 cm square can be equipped simultaneously to perform electrophoresis, and one gel plate can be used. An electrophoresis apparatus capable of simultaneously electrophoresing the above nucleic acid samples.
1 . 電気泳動法および電気泳動装置  1. Electrophoresis and electrophoresis equipment
本発明の電気泳動装置は、 小型のポリアクリルアミ ドゲル(10〜30cm角、 標準 では 18cm角)を装着し得る電気泳動装置であって、 ゲル 1枚につき 32以上 (標準 では 64)の試料と数本 (標準では 2-4本) のサイズマ一カーを同時に電気泳動す ることができると共に、 これを 2枚以上 (標準では 4枚)泳動することにより、 多 数の (標準では 256) 試料を同時に電気泳動することを可能にするものである。 本発明で用いる電気泳動装置の 1例を図 1から 4で示すが、 この電気泳動装置で は 1枚の 18cm角のガラスで作製される 1聊厚のゲルで 66のゥエルにより 64サ ンプルと 2つのサイズスタンダードとを同時に流すことができ、 しかも 1台の泳 動装置で 4枚のゲルを同時に電気泳動することができる。 これにより、 1度に 25 6サンプルを同時に泳動することができる。  The electrophoresis apparatus according to the present invention is an electrophoresis apparatus capable of mounting a small polyacrylamide gel (10 to 30 cm square, standard 18 cm square), and each gel contains 32 or more (64 standard) samples. Several (2-4 standard) size electrophores can be electrophoresed at the same time, and two or more (4 standard) size electrophores can be electrophoresed to obtain a large number of (256 standard) samples. Can be electrophoresed simultaneously. One example of the electrophoresis apparatus used in the present invention is shown in FIGS. 1 to 4. In this electrophoresis apparatus, a single gel made of one piece of 18 cm square glass has a thickness of 66 and has 64 samples. Two size standards can be run at the same time, and four gels can be electrophoresed simultaneously with a single swimming device. As a result, 256 samples can be simultaneously electrophoresed at one time.
ゲルは、 通常タンパク質の電気泳動に用いる不連続型のポリアクリルアミ ド電 気泳動システム (Lae翻 l i , U. K. ( 1970 ) Nature 227: 680- 685 )を用いることが でき、 これにより 10// 1に及ぶサンプルを lmmの狭い幅のレーンでも高分解能 で泳動することができ、 バンドの検出の感度も向上する。  For the gel, a discontinuous polyacrylamide electrophoresis system (Lae Verili, UK (1970) Nature 227: 680-685), which is usually used for protein electrophoresis, can be used. A wide range of samples can be run with high resolution even in lanes with a narrow lmm width, and the sensitivity of band detection is also improved.
本発明の核酸の電気泳動法においては、 ゲル上での核酸のバンドの分解能を向 上させるために、 農縮ゲル(Tris- HC1 pH6.8, 0. 5M)と分離ゲル (Tris-HCl pH8.8, 1.5M)とを用いて 2層型の電気泳動を行うことが好ましい。 また、 核酸の電気泳 動については、 二本鎖のまま泳動することも、 変性させた後一本鎖として泳動す ることも目的に応じて可能である。 この場合、 変性ゲル (6〜8. 5Mの尿素を含ん だゲル) で電気泳動を行なう。 核酸の多型を検出する場合においては、 ヘテロ 2 重鎖として電気泳動することにより、 通常は検出できないような小さな多型も、 高感度で検出することができる。 In the nucleic acid electrophoresis method of the present invention, in order to improve the resolution of the nucleic acid band on the gel, an agarose gel (Tris-HC1 pH6.8, 0.5M) and a separation gel (Tris-HCl pH8) are used. .8, 1.5M) to perform two-layer electrophoresis. Regarding the electrophoresis of the nucleic acid, it is possible to migrate the nucleic acid as a double strand, or to migrate the nucleic acid as a single strand after denaturation according to the purpose. In this case, perform electrophoresis on a denaturing gel (gel containing 6 to 8.5 M urea). When detecting nucleic acid polymorphisms, By electrophoresis as a heavy chain, small polymorphisms that cannot normally be detected can be detected with high sensitivity.
本発明の核酸の電気泳動法における、 電気泳動後の核酸のバンドの検出には、 銀染色法や蛍光染色法を用いることが好ましい。 銀染色法を用いれば、 短時間(1 -2時間)で、 高感度の検出を行うことができる。 しかも、 アイソトープを用いる 方法に比して経験を必要とせず、 また、 安全であり、 かつそのまま乾燥させれば、 試料として保存できると共に、 より感度をあげることができる。 蛍光染色を用い れば、 30分程の染色で結果を見ることができる他、 バンドの切り出しや回収の ためには核酸の回収率が高く優れている。  In the nucleic acid electrophoresis method of the present invention, it is preferable to use a silver staining method or a fluorescent staining method for detecting a nucleic acid band after electrophoresis. Using silver staining, highly sensitive detection can be performed in a short time (1-2 hours). Moreover, compared to the method using an isotope, less experience is required, and if it is safe and dried as it is, it can be stored as a sample and the sensitivity can be further increased. If fluorescent staining is used, the results can be seen in about 30 minutes of staining, and the nucleic acid recovery rate is high and excellent for excision and recovery of bands.
本発明の方法においては、 例えば、 8 x 12の 96穴型マイクロプレートの穴と 同じ間隔 (9誦) に 2レーン以上を流せるように電気泳動のゲルコームを設計す ることで、 増幅された DNAサンプル等をゲルにロードする際の操作効率を大幅に 向上させることができる。  In the method of the present invention, for example, an amplified DNA is designed by designing an electrophoresis gel comb so that two or more lanes can flow at the same interval (9 references) as the holes of an 8 × 12 96-well microplate. Operation efficiency when loading a sample or the like onto a gel can be greatly improved.
2 . 核酸マーカ一の検出 2. Detection of nucleic acid markers
本発明の方法により核酸の多型を検出しょうとする場合には、 AFLP (Amplifie d Fragment Length Polymorphism : Vos P,et al . ( 1995 ) Nucleic Acids Resear ch 23 : 4407- 4414)と組み合わせる場合が最も効率が高いと考えられるが、 その 他の各種の核酸の多型検出法と組み合わせることも可能である。  When the polymorphism of nucleic acid is to be detected by the method of the present invention, the combination with AFLP (Amplifie d Fragment Length Polymorphism: Vos P, et al. (1995) Nucleic Acids Research 23: 4407-4414) is most preferable. Although it is considered to be highly efficient, it can be combined with other various nucleic acid polymorphism detection methods.
例えば、 AFLP法を利用すれば、 イネ(450MB)程度のサイズのゲノムでは 6塩基 切断側と 4塩基切断側を両側に持つゲノム断片を増幅するためのブライマーにお いては、 両側で 3塩基づつの選択ヌクレオチドを用いた場合、 1 レーン当たり約 50本の増幅バンドが得られることになる (下式参照) 。 標準的な 4ゲル 256サ ンプルレーンからなるシステムでは約 12,800本のバンドが 1回の泳動で得られ ることになる(実施例 2 ) 。 全ゲノムサイズ ÷6塩基制限酵素による切断面の数 ÷ゲノム断片の両側の 3 ヌクレオチドよる選択率 =バンド数 For example, if the AFLP method is used, a primer that amplifies a genomic fragment having a 6-base cleavage side and a 4-base cleavage side on both sides of a rice (450 MB) size genome will have 3 bases on each side. When the selected nucleotides are used, about 50 amplified bands are obtained per lane (see the following formula). In a standard 4-gel 256-sample lane system, about 12,800 bands can be obtained in one run (Example 2). Whole genome size 数 Number of cuts by 6 base restriction enzyme 選 択 Selectivity by 3 nucleotides on both sides of genome fragment = Number of bands
( 450MB÷46 x 2÷43 x 2 =50 ) (450MB ÷ 4 6 x 2 ÷ 4 3 x 2 = 50)
これは RLGS法を実施する場合のゲル数枚分の情報量に匹敵し、 しかも比較す べきレーンを隣同士に並べることができるので、 特殊な読みとり装置等を用いず に生のデ一夕で直接容易に比較することができる。  This is comparable to the amount of information for several gels when performing the RLGS method, and since the lanes to be compared can be arranged next to each other, it can be used in raw data without using a special reading device. You can easily compare directly.
図 6(実施例 2 )に示した通り、 イネのゲノム DNAを EcoM と Msel とで切断し て得られた実際の AFLPの実験例からも、 上記の計算により見積もられた数に近 いバンド数が得られているが、 特に明確なバンドはこの半数程度である。  As shown in Fig. 6 (Example 2), a band close to the number estimated by the above calculation was obtained from the actual AFLP experimental example obtained by cutting rice genomic DNA with EcoM and Msel. Although the number is obtained, about half of the bands are particularly clear.
96サンプル用の 0.2mlマイクロプレートを用いて 5-10〃 1での PCRを行うこ とにより、 耐熱性 DNAポリメラ一ゼ等酵素ゃヌクレオチドのコストを低く押さえ ることができると共に、 8連の 10 1ビぺットで一度に 8本のサンプルをゲルに 移することができるので能率も高く、 1日に 1回ゲル 4枚分の電気泳動を余裕を 持って行うことができる。  Performing PCR at 5-10〃1 using 0.2 ml microplates for 96 samples can reduce the cost of enzymes and nucleotides such as thermostable DNA polymerase, Eight samples can be transferred to the gel at one time per bit, so efficiency is high, and electrophoresis of four gels can be performed once a day with sufficient margin.
電気泳動後のゲルは 4枚同時に 1つの容器で一度に銀染色を行うことにより能 率良く低コス卜で簡便に染色が行える。 染色には一般に市販のタンパク質用の銀 染色キットを用いることができる。  Four gels after electrophoresis can be stained efficiently and at low cost by performing silver staining in one container at a time. Generally, a commercially available silver staining kit for proteins can be used for staining.
AFLP法に用いるヌクレオチドプライマ一としては、 任意の制限酵素酵素に適 合するヌクレオチドを用いることができる上に、 さらに 1〜数塩基の任意の選択 配列を 3'側に付加することができるため、 ほとんど無限の組み合わせが可能に なる。 ゲノムサイズが 1GB以下の植物については、 6塩基と 4塩基のそれそれの 制限酵素としては EcoRI と Msel とを用いて、 各 64通りづつの 3ヌクレオチド選 択配列を備えた PCRプライマーを用いれば、 64 x 64=4, 096通りの増幅が可能と なり、 5〜10%の多型率のある両親間での遺伝分析においては、 1〜2万本の多型 バンドの検索ができる。 これは物理地図作製のためにも実用的には十分な数であ るとともに、 従来の遺伝子地図のマーカーの数を 1桁以上上回るものである。 バルク分析(Michelmore RW, et al . ( 1991 ) Pro Natl . Acad. Sci . USA 88 : 9 828- 9832)等で得られた、 目的遺伝子近傍のバンド等の重要なバンドは染色後切 り出して、 ゲルを破碎後適当な緩衝液で抽出してから PCRをかけ直し、 適当なプ ラスミ ドに挿入して接合することにより単離してその配列を解析することができ る(実施例 4 )。 As a nucleotide primer used in the AFLP method, a nucleotide suitable for any restriction enzyme can be used, and an optional selected sequence of one to several bases can be added to the 3 ′ side. Almost infinite combinations are possible. For plants with a genome size of 1 GB or less, using EcoRI and Msel as the restriction enzymes of 6 bases and 4 bases, respectively, and using PCR primers having 64 3 nucleotide selection sequences each, 64 x 64 = 4,096 amplifications are possible, and in genetic analysis between parents with a polymorphism rate of 5 to 10%, 10,000 to 20,000 polymorphic bands can be searched. This is a practically sufficient number for physical mapping, and exceeds the number of markers in conventional genetic maps by more than one order of magnitude. Important bands such as those near the target gene obtained by bulk analysis (Michelmore RW, et al. (1991) Pro Natl. Acad. Sci. USA 88: 9828-9832) were cut out after staining. After the gel is crushed, it is extracted with an appropriate buffer, re-PCRed, inserted into an appropriate plasmid, ligated, and isolated to analyze its sequence (Example 4).
以上の組み合わせにより、 例えば、 掛け合わせの両親と F2における優性 '劣 性それぞれのホモ個体各 10個体前後づっを混合した 2サンプルとの計 4サンプ ルを 1組とし、 4レーン/プライマ一ペアの泳動を行えば、 標準的な泳動装置 (4 ゲル: 256レーン)では 1回の泳動で 64プライマーペアの泳動が可能である。 こ れにより、 4, 096通りの選択プライマ一全ての組み合わせが 64回の泳動 (延べ 約 2ヶ月) で完了する。 これは、 イネの日印交雑の様に約 10%の多型を持った組 み合わせでは、 全ゲノムで 20, 000本の多型バンドを走査 ·検索する事に相当す る。 この効率は、 従来の手法を 1桁から 2桁上回るものであり、 これにより遺伝 子地図の有無に拘わらず、 短期間で遺伝子の単離が可能となる。 また、 4096通 りすべての検索を行なうための費用も 40万円程度と廉価である。  With the above combination, for example, a set of 4 samples consisting of 2 samples of mixed parents and 10 samples of each of dominant and recessive homozygous individuals in F2, one set of 4 lanes / primer pair If electrophoresis is performed, a standard electrophoresis apparatus (4 gels: 256 lanes) can run 64 primer pairs in one run. As a result, all combinations of the 4,096 selection primers are completed in 64 runs (about 2 months in total). This is equivalent to scanning and retrieving 20,000 polymorphic bands in the whole genome for a combination with about 10% polymorphism, such as the cross between rice and India. This efficiency is one to two orders of magnitude higher than conventional methods, which allows for the isolation of genes in a short time, with or without a genetic map. In addition, the cost to search all 4,096 entries is inexpensive, at around 400,000 yen.
3 . 遺伝分析 3. Genetic analysis
1 ) F2分析  1) F2 analysis
任意の遺伝子ないしは多型マーカーの組み合わせについてその間の遺伝学的な 距離(あるいはマップ上の距離)を決めようとする場合、 最も普通に用いられるの が F2分析であるが、 本発明の方法を利用した F2分析によれば、 多型マーカー間 あるいは多型マーカ一と遺伝子の間の距離を極めて効率よく決定することができ る。  When trying to determine the genetic distance (or distance on the map) between any combination of genes or polymorphic markers, the most commonly used is F2 analysis, but the method of the present invention is used. According to the F2 analysis described above, the distance between polymorphic markers or between a polymorphic marker and a gene can be determined extremely efficiently.
すなわち、 一般の F2分析と同じく、 ある遺伝子についてそれを持つ系統 (A)と、 目的遺伝子を持たない、 あるいはその形質について明確な差がある系統で、 Aと は適度の微小な形質の差のある系統 (B) とを選んで交配し、 多数の F2を得る。 分析する F2個体の数は分析の精度に依存し、 1CMの精度を得るためにはホモ個 体 (通常は劣性ホモ個体) 50個体を用いれば、 100本の染色体について目的遺伝子 と多型マ一カーとの間の組み替え率を調べることにより両者の間の遺伝学的な距 離を決定することができる。 劣性ホモ個体を分析すると、 組み替えがなければ片 親で劣性形質を持った親と同じマーカーの型を持つ個体が全てであり、 1/100の 組み替え率では、 1個体の 1染色体でのみ組み替えが見られることになる。 In other words, as in general F2 analysis, a line (A) that has a certain gene and a line that does not have the target gene or has a clear difference in its traits. Select and cross with a certain line (B) to obtain a large number of F2. The number of F2 individuals to be analyzed depends on the accuracy of the analysis. If 50 individuals (usually recessive homozygotes) are used, determine the genetic distance between the target gene and the polymorphic marker by examining the recombination rate for 100 chromosomes be able to. Analysis of the recessive homozygous individuals shows that if there is no recombination, all individuals with the same marker type as the parent with the recessive trait in one parent have a recombination rate of 1/100. Will be seen.
本発明では、 標準的なシステムで 1度に 256個体の分析ができるため、 これだ けのホモ個体が得られれば 1回の泳動で、 512染色体での多型マ一力一の組み替 えを検定することができ、 0.2CMの精度での分析が可能である。 多型マ一カーと しては AFLP法を用いることにより、 ごくわずかのサンプル DNA量 (lOOng以 下) で検定が行われる。 すなわち、 ゲノム DNAをそれぞれの個体から用意して、 EcoRI と Mselの 2種類の酵素で 2重消化を行い、 それそれの酵素に適合したァ ダブ夕一をゲノム DNA断片に結合させる。 このアダプタ一に適合した 1次プライ マーを用いて 1次 PCRを行い、 ゲノム断片を増幅させる。 次に 1次プライマーの 3'側に任意の 1 -4塩基を延長した 2次プライマ一を用いて、 この配列に適合した ゲノム断片の 1部だけを PCR増幅し、 本発明の電気泳動法で分子量に応じて分離 する。 泳動後ゲルを銀染色等により染色し、 目的の多型マーカーに組み替えがあ るか否かの検定を行う。  In the present invention, since 256 individuals can be analyzed at a time using a standard system, if only such homologous individuals are obtained, it is possible to rearrange the polymorphisms on the 512 chromosome by one electrophoresis. Can be tested, and analysis with an accuracy of 0.2CM is possible. By using the AFLP method as a polymorphic marker, the test can be performed with a very small amount of sample DNA (less than 100ng). In other words, genomic DNA is prepared from each individual, and double digested with two enzymes, EcoRI and Msel, and adabu Yuichi adapted to each enzyme is ligated to the genomic DNA fragment. Perform primary PCR using a primary primer that is compatible with this adapter to amplify genomic fragments. Next, using a secondary primer in which an arbitrary 1-4 bases are extended to the 3 'side of the primary primer, only a part of the genomic fragment conforming to this sequence is subjected to PCR amplification, and the electrophoresis method of the present invention is used. Separate according to molecular weight. After the electrophoresis, stain the gel with silver stain, etc., and test whether the target polymorphic marker has been recombined.
本発明によれば、 256個体に及ぶ 0.2CMレベルの精密な F2分析も少量の DNA により、 1回の泳動で完了し、 ブロッテイングやオートラジオグラフの必要もな く、 染色 ·乾燥した 4枚のゲルはキャビネサイズでそのままアルバムに保存でき るので結果の分析も極めて容易である。  According to the present invention, precise F2 analysis at the 0.2CM level for 256 individuals can be completed with a single run using a small amount of DNA, and no staining or autoradiography is required. Since the gel can be stored in the album as it is in a cabinet size, the analysis of the results is extremely easy.
2 ) RI分析 2) RI analysis
RI系統 (Recombinant Inbred l ines) とは、 異なる系統を交配して作られた F 2個体をそれぞれ何代にもわたって自殖して得られた系統のことを言う。 多数の 自殖の結果、 ほとんどの遺伝子座がホモ接合になっており、 ヘテロ接合が少ない ので分離比も優性形質:劣性形質が 1: 1 となっており、 優性個体も目的遺伝子が ホモ接合になっているので、 そのまま本発明による遺伝分析が可能である。 へテ 口接合個体の割合が 1/2に及び、 優性形質と劣性形質の分離比が 3: 1になる F2 分析よりも精密な遺伝分析が可能である。 適当な RI系統が利用可能であれば F2 分析の場合と全く同様にして、 本発明を用いて多数の RI系統から抽出したゲノ ム DNAによる遺伝分析 ( RI分析)ができる。 RI strains (Recombinant Inbred lines) are strains obtained by crossing generations of different F2 individuals by crossing them for several generations. As a result of the large number of selfing, most of the loci are homozygous and the number of heterozygotes is small, so the segregation ratio is 1: 1 for the dominant trait: recessive trait. Since they are homozygous, genetic analysis according to the present invention is possible as it is. A more precise genetic analysis is possible than F2 analysis, in which the proportion of heterozygous individuals is halved and the separation ratio of dominant and recessive traits is 3: 1. If an appropriate RI strain is available, genetic analysis (RI analysis) using genomic DNA extracted from many RI strains using the present invention can be performed in exactly the same way as in the case of F2 analysis.
3 ) 近傍マーカーの絞り込み  3) Narrowing down nearby markers
ノ ルク分析法で得られた目的遺伝子の近傍マーカ一を F2分析で絞り込み、 最 終的に最近傍のマーカ一群のマッピングを行うためにも、 本発明の電気泳動法を 利用すれば、 標準法で 1度に 256サンプルを泳動できるために、 極めて高い能率 で遺伝分析が行える。 すなわち、 イネ(日印交雑の場合) では 2.で述べたように、 仮に 20,000バンドの多型マ一力一が 2, 000CMの全ゲノムに均等に分布している とすれば、 バルク法で得られる遺伝子の近傍両側の約 10CMづっ、 計 20CMの領域 に存在するマーカーの数は 200バンドと予想される。 これだけの近傍マーカ一か ら、 その中での最近傍マーカーの絞り込みを行うに当たっては、 第一段階として、 まず 1マーカー当たり F2世代の劣性ホモ個体 14個体と両親の DNAとを 16レー ンに流して、 目的遺伝子と候補マーカーとの組み替えの有無を検討する。 こうし て各マーカーについて 28本の染色体での組み替え率が算定される。 この際の分 解能は約 3.5CMとなる。 これにより 1ゲル当たり 4バンドの候補マ一カーのテス 卜が行われることになり、 1回の泳動では 16バンドのマーカーのチェックが可 能であり、 それと同時に遺伝子の最近傍で組み替えを起こしている個体が明らか となる。 この後は、 近傍での組み替え個体 6個体と両親とを合わせて 8レーンを 用いるだけで 6回の泳動で残り 192本のマーカ一のチェックが完成する。  By using the electrophoresis method of the present invention, the standard method can be used to narrow down the markers near the target gene obtained by the Nork analysis method by F2 analysis and to finally map the group of the nearest markers. Since 256 samples can be run at one time, genetic analysis can be performed with extremely high efficiency. In other words, in rice (in the case of the cross between India and Japan), as described in Section 2, if the polymorphisms in the 20,000 band were evenly distributed in the whole genome of 2,000 CM, the bulk It is expected that the number of markers present in a total of 20CM, including about 10CM on both sides near the gene obtained by the method, will be 200 bands. In order to narrow down the nearest markers among these neighboring markers, as a first step, first, 14 recessive homozygous individuals of the F2 generation per marker and the DNA of their parents are passed to 16 lanes per marker. Then, the presence or absence of recombination between the target gene and the candidate marker is examined. Thus, the recombination rate for 28 chromosomes is calculated for each marker. The resolution at this time is about 3.5CM. As a result, a test of candidate markers of 4 bands per gel is performed, and it is possible to check markers of 16 bands in one run, and at the same time, recombination occurs in the nearest vicinity of the gene. Individuals that are present become apparent. After that, only 8 lanes are used in total, including 6 transgenic individuals and parents in the vicinity, and the check of the remaining 192 markers is completed by 6 runs.
マーカーと染色体組み替えの位置とが均等に起きていると仮定すれば上記のス クリーニングにより、 遺伝子の両側それぞれ約 4CM以内、 計 8CMの近傍のマーカ —が 40バンド程度得られることが期待される。 次の第二段階では 1次スクリー ニングで残ったマ一カーそれそれを 1CMの精度でマッピングするために、 まず 3 回の泳動により 12本のマーカーをそれぞれゲル 1枚を使って 62個体の劣性ホモ の F2世代 +両親についての AFLP産物を泳動する。 これにより、 遺伝子近傍 8CM 内の領域の精密地図が得られ、 遺伝子近傍 1 CM以内程度の最近傍で組み替えを 起こしている個体が明かとなる。 こうした近傍での組み替え個体を用いて、 残り の 28本のバンドを分析すれば、 この地図上でのそれそれの位置が明確になる。 やはり最近傍組み替え体 6個体と、 両親と併せて 8レーン X 28組み合わせ = 224 レーンを 1回の泳動でチェックすれば遺伝子近傍での分析は完結する。 Assuming that the marker and the chromosome recombination position occur evenly, it is expected that about 40 bands of markers near 8CM in total, within about 4CM on each side of the gene, can be obtained by the above screening. In the second step, the remaining markers from the primary screening are mapped to 1CM accuracy. In each run, 12 gels are used for each of the 12 markers, and the AFLP products of the 62 recessive homozygous F2 generations + parents are run on one gel. As a result, a precise map of the region within 8CM of the gene can be obtained, and individuals that have been recombined in the nearest neighborhood of less than 1CM of the gene can be identified. Analyzing the remaining 28 bands using the rearranged individuals in these neighborhoods will clarify their location on this map. Again, the analysis in the vicinity of the gene will be completed by checking the combination of 6 nearest neighbors and 8 parents x 28 combinations = 224 lanes together with parents in one run.
すなわち、 20, 000の多型バンドからバルク法で選ばれた近傍マーカー候補 200 本の中から、 11回程度の泳動で約 1 CM以内の最近傍のマ一カーを絞り込むこと ができる。  That is, out of 200 neighboring marker candidates selected by the bulk method from the 20,000 polymorphic bands, the nearest marker within about 1 CM can be narrowed down by about 11 runs.
遺伝子の単離において、 1GB以下のゲノムサイズの生物ではこの程度のマーカ 一があれば、 平均 1 CMは 500kB以下となるので、 平均インサートサイズ 150kB 程度の BAC (パクテリァ人工染色体)によるゲノムライブラリ一から遺伝子近傍の クローンを選択してコンティグを形成することができる。  In gene isolation, if an organism with a genome size of 1 GB or less has such a marker, the average 1 CM will be 500 kB or less. Therefore, from a genomic library using a BAC (Pacteria artificial chromosome) with an average insert size of about 150 kB. Contigs can be formed by selecting clones near the gene.
さらに精度を上げて、 256個体の劣性ホモ個体を用いて 0.2CMレベルでの分析 を行う場合でも、 適当な近傍マーカー 4バンド程度を選んで 4回の泳動を行えば、 どの個体が遺伝子の最近傍で組み替えを起こしているかが明らかになる。 これら の近傍での組み替え個体を用いて、 第二段階の時と同様にして、 最近傍と思われ るバンドでの組み替えの様子をチェックすれば、 最近傍マーカーが 1回の泳動で 容易に得られる。  Even when the accuracy is further improved and analysis is performed at the 0.2 CM level using 256 recessive homozygotes, if the appropriate nearby marker is selected for about 4 bands and run four times, which individual It becomes clear whether recombination is occurring nearby. Using the recombined individuals in these neighborhoods and checking the recombination in the band considered to be the nearest in the same way as in the second stage, the nearest marker can be easily obtained by one run. Can be
ここでは、 電気泳動で得られるバンドがゲノム ·染色体中にほぼ均一の頻度で 分布していること、 及び染色体の組み替えがゲノム上で一様に起きていること、 の 2点を前提として原理を述べているが、 実際は染色体中におけるバンドと組み 替え位置との分布には粗密の偏りがあるので、 用いた F2の数に対して得られる 近傍マ一カーと目的遺伝子との距離は一様分布の時よりは大きくなる傾向がある。 4 ) マ一力一育種への応用 また、 上記のようにして得た特定の形質遺伝子の近傍マーカーは、 交配による 在来育種を行うに当たっても極めて信頼性の高いマーカーとして用いられると共 に、 交配によって得られた多数の交配後代においてマーカーの分析を行う際にも、 ゲノム走査法による分析は少量の DNAサンプルを取るだけで、 多数の個体の分析 を容易に行うことができ、 RFLP法による従来の手法と比較して大幅な作業能率 の向上と、 コストダウンとを図ることができる。 Here, the principle is premised on the assumption that bands obtained by electrophoresis are distributed almost uniformly in the genome and chromosome, and that chromosome recombination occurs uniformly on the genome. In fact, the distribution of bands and recombination positions in the chromosome is unevenly distributed, so the distance between the target marker and the neighboring marker obtained for the number of F2 used is uniform. Tends to be larger than at the time. 4) Application to breeding In addition, the near marker for the specific trait gene obtained as described above is used as a highly reliable marker even when performing native breeding by crossing, and in a large number of progeny obtained by crossing. When analyzing markers, analysis using the genome scanning method can easily analyze a large number of individuals by taking only a small amount of DNA sample, which is a significant task compared to the conventional method using the RFLP method. This can improve efficiency and reduce costs.
5 ) QTL( Quantitative Traits Loci :量的形質座位)分析への応用  5) Application to QTL (Quantitative Traits Loci) analysis
QTLとは、 定量的形質の遺伝子座のことで形質の発現が定性的なほど強くなく、 多くの場合複数の遺伝子座がその形質の発現にかかわつている遺伝形質のことい う。 染色体のどの位置にあるどの遺伝子座がそれそれどの程度その形質の発現に 寄与しているかを解析するのが QTL分析である。  A QTL is a genetic trait locus in which the expression of the trait is not qualitatively strong and, in many cases, multiple loci are involved in the expression of that trait. QTL analysis analyzes which loci at which positions on the chromosome contribute to the expression of the trait.
QTL分析では、 全ゲノムにわたって一様に分布している多数の核酸マ一力一に ついて、 多数の交配後代個体での多型の検討を行わなくてはならない。 例えば、 10CM/本程度のマーカー密度で 2,000CMの全ゲノムに分布するマーカ一を用いて QTL分析を行うとすると、 200マーカ一を少なくとも 50個体程度の F2について 検討する必要がある。 これを RFLPマーカーで行うとすると 50個体の核酸をプロ ットしたメンブレンについて、 200回のハイプリダイゼーシヨンを行う必要があ り、 1回のハイブリダィゼ一シヨンには 2日は要するため、 1度に 4枚程度を同 時に行うとしても、 延べ; 100日は要することになる。 メンブレンを 10回使用で きるとしても、 20枚のメンブレンを用意するためには、 100〃gもの核酸を全 50 個体から採取するに要する労力には莫大なものがある。  In QTL analysis, polymorphisms in a large number of mating progeny individuals must be examined for a large number of nucleic acids that are uniformly distributed throughout the entire genome. For example, if QTL analysis is performed using markers distributed in the entire genome of 2,000 CM at a marker density of about 10 CM / line, it is necessary to examine at least about 50 individuals with 200 markers per F2. If this is performed using the RFLP marker, it is necessary to perform 200 hybridizations on a membrane on which 50 nucleic acids have been plotted, and one hybridization requires two days. Even if about 4 copies are performed at the same time, a total of 100 days will be required. Even if a membrane can be used ten times, the effort required to collect as many as 100 µg of nucleic acid from all 50 individuals to prepare 20 membranes is enormous.
本発明の方法において AFLP法を利用することにより、 イネの日印交雑のよう に 10%程度の多型を示すものでは 1レーンにつき数本の多型バンドが得られる ことから、 適当なプライマーペアを用いることにより 200マ一カーの検索を 50 プライマーペア強での泳動で済ませることができる。 1度の泳動で 5プライマ一 ペアについて泳動が可能(50 x 5=250レーン)であるため、 50個体の泳動は、 わず か 10回 (延べ 10日)の泳動で全てのマーカーの検討を済ませることができるこ とになる。 しかも、 各個体について必要とする DNAの量は 1 gもあれば十分で ある。 By using the AFLP method in the method of the present invention, several polymorphism bands can be obtained per lane in those showing about 10% polymorphism such as rice-Japanese cross, so that an appropriate primer pair The search for 200 markers can be completed by electrophoresis with a little over 50 primer pairs. Since it is possible to run 5 primer pairs in one run (50 x 5 = 250 lanes), migration of 50 individuals After 10 or 10 runs (total of 10 days), all markers can be examined. In addition, 1 g of DNA is required for each individual.
具体的には、 まず当該生物についての AFLPマーカーによるゲノム地図ができ ている必要があるが、 既存のものがないときは、 後述の 5. で説明しているよう に本発明を用いて容易に作成することができる。 この地図の中から、 希望する密 度でマーカーを選択するが、 その時になるベく少数のプライマーペアで全ゲノム をカバーできるように選ぶと能率がよい。  Specifically, first, it is necessary to have a genome map of the organism with the AFLP marker, but if there is no existing map, it can be easily applied using the present invention as described in Section 5 below. Can be created. From this map, select markers at the desired density, but it is more efficient to select a marker that covers the entire genome with as few primer pairs at that time.
掛け合わせについては、 目的とする量的形質の顕著な系統と、 ほとんどその形 質が見られない系統で、 お互いに遺伝的に隔たった組み合わせを選ぶと適当な多 型頻度が得られる。 あまり離れた組み合わせでは、 マーカーの分離がスムースに 行かない場合が考えられる。 この交配から得られた約 50個体程度(目的に応じて 数は変わる)の F2ないしは RI系統について、 目的の形質を定量的に測定すると 共に、 それそれから調製したゲノム MAを用いて、 3. 1 )で述べたように AFLP法 によるゲノム断片の増幅を行い、 本発明のシステムにより泳動してマーカ一バン ドの多型を調べて記録する。  Regarding crossover, appropriate polymorphism frequencies can be obtained by selecting combinations that are genetically separated from each other in lines that have a remarkable quantitative trait and those that have almost no morphology. If the combination is too far apart, marker separation may not be performed smoothly. For about 50 F2 or RI strains (the number of which varies depending on the purpose) obtained from this cross, the target trait was quantitatively measured, and the genomic MA prepared therefrom was used for 3.1. As described in (1), genomic fragments are amplified by the AFLP method, and the resulting DNA is electrophoresed by the system of the present invention to check and record the polymorphism of the marker band.
目的形質の数量と各バンドについて一方の親の多型の数との積を、 地図上の全 てのマーカ一バンドについてプロッ卜する事により各マ一カー近傍の座位による 目的形質への寄与度が明らかになる。  By plotting the product of the number of target traits and the number of polymorphisms of one parent for each band for all marker bands on the map, the contribution to the target trait by loci near each marker Becomes clear.
4 . 品種 ·系統判別への応用 4. Application to varieties and strains
本発明を用いれば、 農畜産物や各種の生物種の特定の品種や系統を判別するた めに必要なマーカーを効率よく検索することができる。 すなわち、 比較しようと する多数の品種から得た DNAを用いて AFLPを行い、 本発明の電気泳動置を用い て同時に泳動することにより、 数十から百以上の品種について、 数十本のバンド を同時に比較することができる。 これにより、 多数の品種に対しても特定の識別 ドを容易に選び出すことができる。 この場合、 n本のバンドを組み合わせることにより、 理論的には最大限 2n種 の品種 ·系統等を識別することが可能になるが、 実際の場合は識別できる品種、 系統の数はこれよりはやや少なくなる。 According to the present invention, it is possible to efficiently search for a marker necessary for discriminating a specific breed or line of an agricultural or livestock product or various biological species. That is, AFLP is performed using DNAs obtained from a large number of varieties to be compared, and by performing electrophoresis simultaneously using the electrophoresis apparatus of the present invention, tens of bands are obtained for tens to hundreds or more varieties. Can be compared at the same time. This makes it possible to easily select a specific identification for a large number of varieties. In this case, by combining n bands, it is theoretically possible to identify up to 2n varieties and strains, but in actual cases the number of varieties and strains that can be identified is less than this Somewhat less.
品種や系統同士が極めて近縁で、 通常の AFLP等では多型が得にくい場合には、 比較対象のゲノムによる AFLPや RAPDの産物等を混合後加熱冷却してへテロ 2重 鎖として泳動し、 対象のバンドとの比較により品種間差を感度良く、 簡便に、 能 率良く検出することができる。  When varieties and lines are very closely related and it is difficult to obtain polymorphism with normal AFLP, etc., AFLP or RAPD products from the genome to be compared are mixed, heated and cooled, and migrated as heteroduplex. By comparison with the target band, differences between varieties can be detected with high sensitivity, easily and efficiently.
なお、 特定の識別能力の高いバンドが同定されたときには、 7.に述べる方法で そのバンドを単離し、 特定のプライマーから PCR増幅できるようにすれば、 PCR 後は簡便なァガロース電気泳動により 1時間程度で品種判別が可能になる。 さら には、 プライマーに特定の蛍光ラベルを予め施して、 そこからバンドが増幅され るか否かを蛍光検出器付きの PCR装置で調べることにより、 2〜30分の PCRだけ で、 電気泳動もすることなく品種や系統を識別することも可能となる。  If a specific band with high discriminating ability is identified, the band can be isolated by the method described in Section 7 and PCR-amplified from specific primers.After PCR, simple agarose electrophoresis can be performed for 1 hour. The type can be determined by the degree. Furthermore, a specific fluorescent label is pre-applied to the primer, and whether or not a band is amplified therefrom is checked with a PCR device equipped with a fluorescence detector. It is also possible to identify varieties and strains without performing.
5 . 生物の遺伝子地図の作製  5. Genetic mapping of organisms
ある生物の全ゲノムをカバーする遺伝子地図(正確には核酸マーカ一地図)を作 製しょうとする場合、 QTL分析を行う場合と同じく数百から千以上のマーカーに ついて、 必要とする地図の解像度に応じた数の F2個体を用いて分析する必要が ある。 高等植物の場合、 特に主要農作物ではほとんどがゲノム全長で 1,500〜2, 000CMであることから、 約 1CMの密度と精度でゲノム地図を従来の RFLP法で作 製しょうとすると、 100個体以上の F2世代から作製されたメンブレンを 1, 800 程度のマ一カーについて繰り返してプロッティングする必要があり、 1回のプロ ッティングにプローブの調製を含めて 4日を要することから、 1回に 4種類のプ ローブを処理するとしても延べ 1 , 800日の作業を要する。 またこのために要する 核酸の量も膨大なものとなり F2の各個体で lmg以上の DNAが必要となる。 こう したことから、 遺伝子地図は数十人のチームにより何年にもわたる作業で作製さ れてきた経緯がある。 本発明では、 10%程度の多型を持った交配親の組み合わせを例に取れば、 1プ ライマ一組み合わせで平均 4〜5本の多型が見られるので、 予備試験で予め 6本 以上の多型を示すプライマー組み合わせを選択しておき、 これを用いて標準モデ ルで 128個体の F2世代を用いてマツビングを行うことにより、 1回の泳動で 2 プライマ一ペア 12本以上のマーカーのマヅビングが可能になる。 従って、 1,800 本のマーカーを持つ地図の作製も 1名の人員で延べ 150日間の分析で精密地図が 作製されることになり、 従来手法の 10倍以上の効率で地図の作製が行われ、 300 マーカ一程度の地図ならば一人で 1ヶ月ほどでの作製も可能となる。 When creating a genetic map that covers the whole genome of an organism (more precisely, a map of nucleic acid markers), the required map resolution for hundreds to over a thousand markers is the same as when performing QTL analysis. It is necessary to analyze using the number of F2 individuals corresponding to In the case of higher plants, especially the major crops, most of which have a total genome length of 1,500 to 2,000 CM, if a genome map is to be produced by the conventional RFLP method with a density and accuracy of about 1 CM, more than 100 individuals It is necessary to repeatedly plot the membranes produced from the F2 generation for about 1,800 markers, and it takes four days including the preparation of the probe in one plot. It takes 1,800 days of work to process any kind of probe. In addition, the amount of nucleic acid required for this is enormous, and each individual F2 requires lmg or more of DNA. For this reason, genetic maps have been created by teams of tens of people over many years. In the present invention, if a combination of mating parents having a polymorphism of about 10% is taken as an example, an average of 4 to 5 polymorphisms can be found in one combination per primer. A primer combination showing a polymorphism is selected, and using this, muting is performed using the F2 generation of 128 individuals in a standard model, so that two primers and a pair of 12 or more markers can be mapped in one run. Becomes possible. Therefore, a map with 1,800 markers can be made with a single person and a total of 150 days of analysis to produce a precise map, which is 10 times more efficient than the conventional method. A map with only 300 markers can be made alone in about a month.
具体的手順としては、 適当な遺伝的距離で隔てられた 2系統を交配して、 目的 とする地図の精度に応じた数の F2個体ないしは RI系統を作製する。 平均的な多 型率が、 両系統間で 10%をあまり超えない範囲であれば、 雑種不稔ゃ分離比の 歪みなどが出る恐れが少ない。 0. 5ないしは 1CM程度の精度をめざすのであれば 差し当たり、 128ないしは 64個体もあれば十分な精度が得られる。 これらの個 体からゲノム DNAを調製し、 前に述べた F2分析や RI分析の時と同様に AFLP法 で増幅した PCR断片を本発明のシステムにより泳動、 染色、 分析する。 すなわち、 調製したゲノム DNAを 96穴のマイクロプレートに保存しておき、 その一部 (0. 1 ug程度) を取り EcoRI , Mse Iによる 2重消化を行い、 アダプタ一を切断面に接合 した後、 アダプターと同じ 5'側のプライマ一で予備増幅を行う。 次ぎに予備増 幅された PCR産物を錡型として適当な数の選択塩基が付いた選択プライマーで 2 次増幅して、 これを本発明の電気泳動装置にアプライする。 この際 8連ないし 1 2連のピぺットあるいは 8-12連のマイクロシリンジを用いるとゲルへの装填の 効率が向上する。 64サンプルでは 4プライマーセットで、 約 20マ一カー、 128 サンプルでは 2プライマーセッ卜で 10マーカ一の泳動が 1度で行える。 多型バ ンドの分析には MAPLあるいは MAPMAKER等の遺伝子地図作成用のソフトを用いれ ば、 効率がよい。 参考事例として、 15レーンのゲル 8枚を用いた本発明の前身のシステムでォ ォムギのァズマムギ X関東中生ゴールドの RI、 99系統を用いて 2ヶ月ほどで 22 7マーカ一の AFLP地図を作製し、 それまでに得られていた 45マーカーからなる 地図と統合して、 272マーカ一からなる地図を作製した例を示す(図 11 )。 この場 合でも、 一人で約 2ヶ月で AFLP地図の作製ができており、 以前の STSマーカー 等による地図の作製の場合と比較して約 40倍の効率が達成されている。 本発明 の方法では、 この前身のシステムよりもさらに作業効率が向上している。 As a specific procedure, two lines separated by an appropriate genetic distance are bred to produce F2 individuals or RI lines of the number corresponding to the accuracy of the target map. If the average polymorphism rate does not exceed 10% between both lines, there is little risk of hybrid sterility and distortion of the isolation ratio. In the meantime, if accuracy of about 0.5 or 1 CM is aimed at, sufficient accuracy can be obtained if there are 128 or 64 individuals. Genomic DNA is prepared from these individuals, and PCR fragments amplified by the AFLP method are electrophoresed, stained, and analyzed by the system of the present invention in the same manner as in the F2 analysis and RI analysis described above. That is, the prepared genomic DNA is stored in a 96-well microplate, a part (about 0.1 ug) is taken, double digested with EcoRI and MseI, and the adapter is joined to the cut surface. Perform preamplification with the same 5 'primer as the adapter. Next, the pre-amplified PCR product is subjected to secondary amplification using a selection primer having an appropriate number of selection bases as type III, and then applied to the electrophoresis apparatus of the present invention. At this time, using 8 or 12 pipes or 8-12 micro syringes will improve the efficiency of gel loading. For 64 samples, 4 primer sets can be used for about 20 markers, and for 128 samples, 2 primer sets can be used to run 10 markers at a time. For analysis of polymorphic bands, it is efficient to use genetic mapping software such as MAPL or MAPMAKER. As a reference case, using the predecessor system of the present invention using 8 gels of 15 lanes, an AFLP map of 227 markers was created in about 2 months using Azumamugi of oats and RI of Kanto Nakaseo Gold, 99 lines. Then, an example is shown in which a map consisting of 272 markers was created by integrating it with a map consisting of 45 markers obtained so far (Fig. 11). Even in this case, an AFLP map can be created alone in about two months, and about 40 times as much efficiency has been achieved as compared to the previous case of creating a map using an STS marker or the like. In the method of the present invention, the working efficiency is further improved compared to the system of the predecessor.
6 - 大きなゲノムサイズを持った生物種への適用  6-Application to species with large genome size
本発明は AFLPとの併用で行う場合に最もその力が発揮されると思われるが、 A FLPの特徴は EcoRI ( 6塩基認識)と Mse I ( 4塩基認識)とで 2重消化したゲノム断 片にそれそれの切断サイ 卜に適合したアダプターを接続させ、 1次増幅では全て の断片を増幅させるようにこのアダプター配列を PCRプライマーとして用い、 次 の 2次増幅の際の 2次プライマ一としては、 1次プライマーの 3,側に 1〜数塩基 の選択配列を延長した選択プライマ一を用いて、 それに適合した配列を両端に持 つゲノム断片だけを特異的に増幅させる点にある。 ゲノムサイズの比較的小さな 生物(イネなど: 450MB) の場合は、 2次プライマ一としては EcoRI及び Mselサ ィ トの両側で各々 3塩基づつの選択配列を付加したプライマーを用いている。 こ れにより、 「2.核酸マーカーの検出」 で述べたように平均して約 50のバンドが 選択的に増幅されることになる。 いもち病菌 (40MB) 等の糸状菌程度のサイズの ゲノムでは、 どちらかの制限サイ トでは 1塩基だけの任意配列の付加にとどめる ことにより、 50本 X (40MB/450MB) x 16 = 70本のバンドが得られると期待され ることになる。 一方、 ゲノムサイズの大きな生物においては、 AFLPプライマ一 における選択配列の塩基数を 3から 4に増やすことにより、 基本的には対応がで きる。  The present invention appears to be most effective when used in combination with AFLP, but the characteristics of AFLP are the genomic fragment digested with EcoRI (6 bases recognized) and Mse I (4 bases recognized). The adapter was connected to the fragment and adapted to the respective cutting site.In the first amplification, this adapter sequence was used as a PCR primer to amplify all fragments, and as the second primer for the next secondary amplification The point is that using a selection primer in which the selection sequence of one to several bases is extended on the third side of the primary primer, only the genomic fragments having a sequence that is compatible with the selection primer are specifically amplified. In the case of organisms with a relatively small genome size (rice: 450 MB), primers with 3 bases each on both sides of EcoRI and Msel sites are used as secondary primers. As a result, on average, about 50 bands are selectively amplified as described in “2. Detection of nucleic acid marker”. For genomes of the size of filamentous fungi such as blast fungus (40 MB), by adding only an arbitrary sequence of only one base at either restriction site, 50 lines X (40 MB / 450 MB) x 16 = 70 lines It is expected that a band will be obtained. On the other hand, in organisms having a large genome size, it is basically possible to cope by increasing the number of bases of the selected sequence in the AFLP primer from 3 to 4.
ところがもう一つの方法として、 電気泳動の条件を変えることもできる。 通常 PCR増幅産物を電気泳動する場合には、 これらの材料ではそのまま 2本鎖として 非変性条件で泳動すれば便利であるが、 より大きなゲノムサイズを持つ生物 (例:ォォムギ: 5.5GB) では 2本鎖のまま泳動したのではバンドがきれいに分離 されない。 ここで 8.5M尿素の入った変性ゲルを用いて、 DNAサンプルを 50%フ オルムアミ ドの存在下で 90°C3分の熱変性をさせて 1本鎖 DNAに解離したものを 泳動するようにすると、 多数のバンドを明確に識別することができる(実施例 4 )。 実際の場面では、 ゲノムサイズが大きくなるにつれ AFLPは困難になってくる ので上記の 2種類の方法を組み合わせながら対応するのが現実的である。 However, as another method, the electrophoresis conditions can be changed. Normally, when PCR amplification products are electrophoresed, these materials are left as double strands It is convenient to run under non-denaturing conditions, but for organisms with a larger genome size (eg, wheat: 5.5 GB), the bands are not clearly separated if the sample is run as a double strand. Here, using a denaturing gel containing 8.5 M urea, the DNA sample is subjected to thermal denaturation at 90 ° C for 3 minutes in the presence of 50% formamide to dissociate it into single-stranded DNA. Many bands can be clearly identified (Example 4). In actual situations, AFLP becomes more difficult as the genome size increases, so it is realistic to use a combination of the above two methods.
7 . 重要なバンドの単離とその配列解析による SCMマーカー化  7. Isolation of important bands and their conversion to SCM markers by sequence analysis
3., 4., 5.等で示した本発明の実施方法においては、 それぞれの場合に応じて特 に重要な情報を担ったバンドが同定されることになる。 すなわち、 3.での特定遺 伝子の近傍バンド、 4.での品種判別に好適なバンド、 5.の遺伝子地図でランドマ ークとなる様なバンド等である。  In the implementation method of the present invention shown in 3, 4, 5, etc., a band that carries particularly important information is identified in each case. That is, a band in the vicinity of the specific gene in 3), a band suitable for cultivar discrimination in 4), and a band that becomes a landmark in the genetic map in 5).
こうしたバンドは、 ゲルから切り出して、 破碎抽出 ·凍結融解,電気泳動等で 溶出後再度同じプライマーペアで PCR増幅を行い、 適当なクローニングベクター に挿入してその配列を決定してその両端部をプライマ一とする SCAE( Sequence C haracterized Amplified Region)マ一カーとすることができる(実施例 3 )。 この 場合、 染色には cyber green等蛍光染色を用いた方が核酸の抽出がやりやすい。 バンドの同定はできてもそれを取り出すことができない、 シークェンサ一を利用 した AFLP法と比較すると、 本発明の方法は簡便でありながら本来の AFLPの重要 な機能を完全に利用することができる点で優れている。  These bands are cut out from the gel, eluted by crushing extraction, freeze-thawing, electrophoresis, etc., and then PCR-amplified again with the same primer pair, inserted into an appropriate cloning vector, sequenced, and both ends are primed. It can be a SCAE (Sequence C haracterized Amplified Region) marker (Example 3). In this case, it is easier to extract nucleic acids by using fluorescent staining such as cyber green for staining. Compared to the AFLP method using a sequencer, the method of the present invention is simple but allows full use of the essential functions of the original AFLP, as compared to the AFLP method using a sequencer. Is excellent.
8 . 特定のバンドを含むゲノムクローンの単離  8. Isolation of genomic clones containing specific bands
3.,4.,5.等で示された重要な情報を担ったバンドはそれを含むゲノムクローン を単離する必要がある場合がある。 特に、 重要な機能を持った遺伝子をポジショ ナルクローニング法で単離する場合、 2.,3.のような方法で遺伝子の両側の最近 傍のマ一力一を同定した後、 それらを利用して BACライブラリーのようなゲノム ライブラリーからバンドの乗ったクローンを選択し、 そのクローンの両端のマ一 カーを用いて次の連続するクローンを同定することを繰り返して(walking), 遺 伝子の両側にあるマーカ一(flanking marker)の間を連結する一連のクローンの 連結集合 (contig)を作製する必要がある。 Bands that carry important information, such as those described in 3., 4., 5., etc., may require isolation of genomic clones containing them. In particular, when isolating a gene having an important function by positional cloning, identify the nearest neighbors on both sides of the gene using the methods described in 2. and 3. and then use them. To select a clone with a band from a genomic library such as a BAC library, The next successive clones are identified using the Kerr (walking) to create a contig of a series of clones that connect between the flanking markers on both sides of the gene. There is a need.
コロニーハイブリダイゼ一シヨンによりゲノムライブラリーの構成クローンが 整理されて結合された高密度メンブレンが既に用意されている場合は、 7.のよう にして直接 PCR増幅されたバンド、 あるいは SCARマーカ一として増幅されたバ ンドをプローブとして、 メンブレンに対してハイプリダイゼ一シヨンを行なうこ とにより目的クローンを拾い上げることができる。  If a high-density membrane has already been prepared by arranging and binding the constituent clones of the genomic library by colony hybridization, as a band directly amplified by PCR as in step 7, or as a SCAR marker The target clone can be picked up by performing hybridization on the membrane using the amplified band as a probe.
または、 9.に述べる方法により当該生物のゲノムライブラリ一をサブゲノムラ ィブラリ一に分割した後、 サブゲノムライブラリー中のクローンをマイクロプレ —卜の行、 列、 プレート各番号に対応する様にクローン DNAを混合した座標マ一 カーを作製しておき、 これらに対してゲノミック DNAを対照として同じプライマ 一ペアで AFLPを行った後、 本システムを用いて泳動すれば、 対照と同じバンド を増幅している、 行、 歹1 J、 プレートの座標から、 ハイブリダィゼーシヨンに頼る ことなく目的のバンドを持ったクローンを同定することができる。 Alternatively, after dividing the genomic library of the organism into subgenomic libraries by the method described in Section 9, clone the clones in the subgenomic library so as to correspond to the row, column, and plate numbers of the microplate. A coordinate marker was prepared by mixing the two primers, AFLP was performed on these with the same primer pair using genomic DNA as a control, and then electrophoresed using this system to amplify the same band as the control. are, row,歹1 J, the plate coordinates, clones having the desired band without resorting to hybrida I See Chillon can be identified.
9 . 生物の全ゲノムをカバ一するコンティグの作製  9. Making a contig covering the whole genome of an organism
ある生物の BAC等によるゲノムライブラリーをもとに、 この構成クローン全て について互いの隣接状況を明らかにできれば、 個々のコンティグをつなぎ合わせ て、 全ゲノムをカバーするコンティグ(物理地図)に発展させることができる。 こ うして作製された物理地図は、 いわばその生物のゲノムの構造そのものを再現し たものに相当し、 この完成により必ずしも全ゲノムのシークェンスを待たずに、 重要な機能遺伝子の単離 ·同定が極めて容易に行われ、 その生物のゲノムを手に 取るように扱えるようになる。 実際、 全ゲノムコンティグが完成すればその後の ゲノムシークェンスの作業はほとんど完全に機械化することも可能になる。 しか し、 これまでは、 全ゲノムコンティグの作製は数十人を擁する大きな研究グルー プでしか対応できないものであった。 しかるに、 本発明を用いれば、 イネ程度の ゲノムサイズ (500MB程度) では、 1人で 1年程度で全ゲノムをカバ一するコン ティグを作製することも可能である。 If it is possible to clarify the adjacency of all the constituent clones based on the genomic library of a certain organism using the BAC, etc., it is necessary to connect the individual contigs to develop a contig (physical map) that covers the entire genome. Can be. The physical map created in this way corresponds to a so-called reproduction of the genome structure of the organism, and by this completion, the isolation and identification of important functional genes does not necessarily have to wait for the entire genome sequence. It's very easy to do, and you'll be able to pick up the organism's genome. In fact, once the whole genome contig is completed, the work of the subsequent genome sequence can be almost completely automated. However, until now, the preparation of whole genome contigs could only be handled by a large research group with dozens of people. However, if the present invention is used, rice With a genome size (approximately 500MB), it is possible for one person to create a contig that covers the entire genome in about one year.
これまで、 全ゲノムコンティグが困難であつたのは、 ゲノムライブラリ一を構 成する各クローンをマークする特異的な標識が得にくいということが最大の理由 となっていた。 本発明では AFLPとの組み合わせにより、 両端の 3塩基配列と塩 基数 (長さ) という 2つのパラメ一夕一で標識された極めて特異的なバンドを 1 レーンで 30- 50本程度も一度に得ることができる。 これらの特異的バンドを全て、 ゲノムライブラリーの構成クローンに対応させることができて、 かつそのバンド の分布密度を BACクローンの長さより十分小さくすることができ、 同じマ一カー を共有するクローン相互をつなげてゆくことは難しいことではないと言える。 ここで、 AFLPバンドとライブラリーのクローンのほぼ 1対 1の対応をとるた めに、 通常数ゲノム相当以上ある全ゲノムのゲノムライブラリーを約 1ゲノム相 当のサブライブラリー数個に分割する。 さらにサブライブラリーを構成するクロ ーンはマイクロプレートの行、 列、 プレートの各番号を座標とすれば 1義的に決 定されるので、 行、 列、 プレート番号をそれそれ座標軸として同じ軸座標を持つ クローンから少量の DNAを集めて混合し、 行、 列、 プレート軸の各座標を代表す る座標サンプルを作製する。 これらを錡型にして本発明のゲノム走査法を行ない、 対照となる全ゲノム DNAを鍀型とするレーンを座標レーンの両端において AFLP パターンを比較すればゲノム DNAを錶型とする特定のバンドと対応するクローン をサブライブラリーの中から容易に検出することができる。 仮に、 サブグループ に 2つないしは n個の対応クローンがあると、 23の 8個ないしは n3個のクロー ンがそのバンドと対応することになるが、 この場合はこの 8クローンを取り出し て 2度目のゲノム走査法による泳動を行えば、 真に対応した 2クローンを同定す ることができる。 具体的なサブライブラリーの座標サンプルの作製法は実施例 5 に示した。 このようにして、 いもち病菌程度のゲノムサイズ (約 40MB)で 120kB平均のィ ンサ一トサイズのライブラリーであれば、 約 1ゲノム相当のサブライブラリーは 約 300クローンとなり、 8行 6列 6半プレートに納めることができる。 これなら ば、 座標サンプル 20レーンに対して対照のゲノム 2レーン計 22レーンを流して も 2枚のゲルで 6ゲノム相当のサプライブラリ一、 すなわち全ゲノムライブラリ —の泳動を行うことができる。 すなわち、 1回の泳動で 2プライマ一ペア、 約 60 本のバンドの同定■対応が行えたとすると、 25回の泳動で 1500本のバンドの対 応が可能になる。 これは、 40MB/1500本 =27kB/本の密度であり、 120kBの平均 サイズの BACクローンに対して、 平均 4.4本のバンドが同定されることに相当す るので、 平均 6ゲノム相当のクローンの重複があることを考えると、 ほぼ全ゲノ ムがこれによりカバーされることが十分期待されることがわかる (実施例 5参 昭) 。 Until now, the major reason that whole-genome contigs were difficult was that it was difficult to obtain specific markers that mark each clone constituting the genomic library. In the present invention, in combination with AFLP, very specific bands labeled with two parameters, namely, the three base sequences at both ends and the number of bases (length), are obtained at one time in the number of 30-50 in one lane. be able to. All of these specific bands can correspond to the constituent clones of the genomic library, and the distribution density of the band can be made sufficiently smaller than the length of the BAC clone, so that clones sharing the same marker can be used. It can be said that connecting is not difficult. At this point, in order to obtain a nearly one-to-one correspondence between the AFLP band and the library clone, the genome library of the whole genome, which is usually several genomes or more, is divided into several sublibraries equivalent to about one genome. . Furthermore, the clones that make up the sublibrary are uniquely determined if the row, column, and plate numbers of the microplate are the coordinates, so the row, column, and plate numbers are the same axes as the coordinate axes. A small amount of DNA is collected from a clone with coordinates and mixed to make a coordinate sample that represents the coordinates of the row, column, and plate axes. The genomic DNA is subjected to the genomic scanning method of the present invention by using the genomic DNA as a バ ン ド, and when the AFLP pattern is compared at both ends of the coordinate lane with the reference genomic DNA as the 鍀, a specific band having the genomic DNA as 錶 is obtained Corresponding clones can be easily detected from the sublibrary. Assuming that there are two or n-number of corresponding clones subgroups, although eight or n 3 pieces of clone 2 3 will correspond with the band, in this case it takes out the 8 clones If the second electrophoresis is performed by the genome scanning method, two truly corresponding clones can be identified. A specific method for preparing a coordinate sample of the sublibrary is shown in Example 5. In this way, if the library is about 120 kb in size and the genome size is about the same as the blast fungus (about 40 MB), the sublibrary equivalent to about 1 genome is about 300 clones, and 8 rows, 6 columns, 6 and a half. Can be placed on a plate. In this case, even if 20 control sample lanes and 22 control lanes (22 lanes in total) are run, two gels can be used to migrate a sublibrary equivalent to 6 genomes, that is, a whole genome library. That is, if it is possible to identify and respond to approximately 60 bands of 2 primer pairs in one run, 1500 bands can be processed in 25 runs. This is a density of 40 MB / 1500 lines = 27 kB / line, which is equivalent to the identification of 4.4 bands on average for a BAC clone with an average size of 120 kB. Considering the overlap, it can be seen that almost all genomics are expected to be covered by this (see Example 5).
イネ程度のゲノムサイズ (450MB) に対しても平均インサートサイズ 150kBの 6ゲノム相当のライブラリーについては、 ほぼ 1ゲノム相当の 32枚のプレート を用いて 16行、 12列、 16 x 2プレートのマトリクスを作製することにより、 6 サブライブラリー分を 1回で電気泳動することが可能であり、 1回に約 25のバ ンドの同定が行われる。 200回の泳動で 5000本のバンドの同定が行われ、 これ は 450MB/5000本 = 90kB/本の密度に相当するので、 150kB平均のクローンが 6倍 の重複度で存在するライブラリーから長いコンティグを作製するには十分の密度 であると考えられる。 図面の簡単な説明  For a library equivalent to 6 genomes with an average insert size of 150 kB, even for a rice genome size (450 MB), a matrix of 16 rows, 12 columns, and 16 x 2 plates using 32 plates with almost 1 genome equivalent By preparing the above, it is possible to perform electrophoresis for six sublibraries at one time, and about 25 bands are identified at one time. 5000 runs were identified in 200 runs, corresponding to a density of 450 MB / 5000 = 90 kB / row, so a 150 kB average clone from a library with 6 times the degree of duplication had a longer contig. It is considered that the density is sufficient to produce. BRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES
図 1は、 ゲノム走査法に用いる標準的な電気泳動装置の本体の正面図及び上面 図である。 18cm角のゲル 4枚を同時に泳動することができる。 1枚のゲルは 1 ミ リ幅の 66— 68検体が載せられるコームによりサンプルアプライ用のゥエルが作 製され、 2〜4レーンは分子量マ一カー等を流すのに用いるので、 実質 64サンプ ル /ゲル、 4枚のゲルでは 256サンプルを一度に泳動する事ができる。 8連のマ イク口ピぺットを用いることにより、 能率良く PCR増幅したサンプルをゲルにァ プライすることができる。 FIG. 1 shows a front view and a top view of a main body of a standard electrophoresis apparatus used for a genome scanning method. Four 18 cm square gels can be run simultaneously. One gel has a comb for carrying 66-68 specimens with a width of 1 millimeter. A well for sample application is made. 2-4 lanes are used for flowing molecular weight markers, etc. With 4 gels, 256 samples can be run at a time. Efficient PCR-amplified samples can be applied to a gel by using 8 micro-mouth pipes.
図 2は、 ゲノム走査法に用いる標準的な電気泳動装置のゲル板止め部品を示す 図である。  FIG. 2 is a diagram showing a gel plate stopper part of a standard electrophoresis apparatus used for the genome scanning method.
図 3は、 ゲノム走査法に用いる標準的な電気泳動装置のコ一ムを示す図である。 図 4は、 ゲノム走査法に用いる標準的な電気泳動装置の完成品写真を示す写真 である。  FIG. 3 is a diagram showing a standard electrophoresis apparatus used for the genome scanning method. Figure 4 is a photograph showing a finished product of a standard electrophoresis apparatus used for the genome scanning method.
図 5は、 バルク分析により得られたイネいもち病菌の非病原性遺伝子 avrPib の近傍マーカー候補のゲノム走査法を用いた 1次スクリーニングを示す電気泳動 写真である。 4種の近傍マーカー候補を持つプライマーペア A,B, C,Dについて、 それぞれ左から親株 avrPib—, + , バルク avrPib—, 十, F1株 avrPib— 6株, +6株で AFLPと組み合わせたゲノム走査分析を行った。 図中の三角はマーカ一 候補のバンドを示す。 A, B,Cについては 1次スクリーニングは全て期待通り遺伝 子型と共分離を示したが、 Dについては一十の 1株づつで組み替えが見られた (黒三角) 。 それぞれのプライマーペアで 5- 60本のバンドが得られていること に注意。 ゲル 1枚で 3-4, 000本のバンドが走査でき、 1度に 4枚泳動できるので 12- 16, 000本のバンドの走査が行える。 ここで用いたプライマーペアの選択ヌク レオチド数は EcoRI側で 3塩基、 Mspl側で 1塩基となっている。 ここで用いた 交配株間の多型率は、 約 5%であり、 いもち病菌の全ゲノムは約 500CMであるの で、 256プライマーペアで約 500本の多型バンドが得られ、 1CM/本のマーカー密 度で全ゲノムをカバーできる。  FIG. 5 is an electrophoretogram showing primary screening using a genome scanning method for candidate markers near the apathogenic gene avrPib of the rice blast fungus obtained by bulk analysis. Genomes combined with AFLP in the parent strains avrPib—, +, bulk avrPib—, ju, F1 strain avrPib—6 strains, and +6 strains for the primer pairs A, B, C, and D, each having four types of nearby marker candidates. Scanning analysis was performed. The triangles in the figure indicate bands that are candidates for a marker. Primary screening for A, B, and C all showed genotype and cosegregation as expected, but recombination was observed for every eleven strains for D (closed triangles). Note that 5-60 bands were obtained for each primer pair. One gel can scan 3 to 4 000 bands, and 4 gels can be run at a time, so 12 to 16,000 bands can be scanned. The number of selected nucleotides in the primer pair used here was 3 bases on the EcoRI side and 1 base on the Mspl side. The polymorphism rate between the hybrid strains used here was about 5%, and the total genome of the blast fungus was about 500 CM.Therefore, about 500 polymorphic bands were obtained with 256 primer pairs, and 1 CM / Marker density covers the entire genome.
図 6は、 RAPD法とゲノム走査法とで得られたイネいもち病菌の非病原性遺伝 子 avrP ibの近傍マ一力一を F 1株を 125株用いてそれそれの方法でマッピングし て得られた遺伝子近傍の精密地図を示す。 表 1に示したように RAPD法では 700 プライマーを用い、 ゲノム走査法では 251プライマ一ペアの PCRによりそれそれ 近傍マ一力一を検索した。 RAPD法のマ一カーの検索とマッピングには 3ヶ月を 要したのに対して、 ゲノム走査法では 1月で完了した。 カウントしたバンドは極 めて明瞭なものだけに限ったので、 かなり少なめに出ている。 An :ゲノム走査法 で得られたマーカー。 (Rn) : RAPD法で得られたマ一力一。 Figure 6 shows the results obtained by mapping the non-pathogenic gene avrP ib, a non-pathogenic gene of rice blast fungus, obtained by the RAPD method and the genome scanning method using 125 F1 strains by each method. 3 shows a detailed map of the vicinity of the obtained gene. As shown in Table 1, 700 primers were used in the RAPD method, and 251 primer-pair PCR was used in the genome scanning method. We searched for neighbors. The search and mapping of markers by the RAPD method took three months, while the genome scanning method was completed in January. The number of bands counted was limited to very clear ones, so they are quite small. An: A marker obtained by the genome scanning method. (Rn): The power obtained by the RAPD method.
図 7は、 イネのセルロース合成変異体力マイラズ: be- 3 の近傍マーカ一検索 のためのバルク分析の例を示す電気泳動写真である。 4レーンづつのセットは左 から変異体親株 (Mil : japonica), 変異体 (劣性)ホモのバルク、 野生型 (優性)ホ モのバルク、 野生型親株 (Kasalath: indica)。 矢印はバルク間で明瞭な差が認 められる遺伝子近傍マーカーの候補を示す。 明瞭なバンドだけでも 1レーン当 り 20-30本が数えられ、 やや細いバンドを含めれば理論値の平均 50本前後が 1 レーンで確認される。  Fig. 7 is an electrophoresis photograph showing an example of bulk analysis for searching for a marker adjacent to be-3, which is a cellulase mutant mutant of rice. The set of 4 lanes is from left to right: mutant parent (Mil: japonica), mutant (recessive) homo bulk, wild-type (dominant) homo bulk, wild-type parent (Kasalath: indica). Arrows indicate candidate markers near the gene where a clear difference between the bulks is observed. Even in the case of a clear band alone, 20 to 30 lines are counted per lane. If a slightly narrow band is included, the theoretical value of around 50 lines is confirmed in one lane.
図 8は、 ォォムギの 2条性を決める遺伝子を探索するため、 ァズマムギ(6条) X関東中生ゴールド(2条)の掛け合わせにァズマムギ(6条)による戻し交配を 7 代重ねながら、 2条性を示す系統を選んで行き、 ァズマムギを背景とした 2条の 準同質遺伝子系統として確立されたものと、 戻し親のァズマムギとをゲノム走査 法で比較した写真である。 32レーンで 16プライマ一対における差を検索したも のであるが、 両者で差があるものは極めて限られており、 これが 2条性の遺伝子 と強く連鎖した領域にある多型バンドの候補である。  Fig. 8 shows the crossing of azum wheat (Article 6) X Kanto medium-grade gold (Article 2) and backcrossing with Azum wheat (Article 6) for 7 generations in order to search for genes that determine the bisexuality of oats. This is a photograph comparing genomic scanning of a line that was established as a two-line near-isogenic line with a background of azum and a return parent, azum, in which a line exhibiting striation was selected. A search was made for differences between a pair of 16 primers in 32 lanes, but there were very few differences between the two primers, and these were candidates for polymorphic bands in a region strongly linked to the bisection gene.
図 9は、 Aは 「あきたこまち」 に特異的なバンドを単離して得られた SCAR( Seq uence Characterized Amplified Region)マ一カーの例を示す。 反転部分が作製 したプライマー。 Bは、 Aのプライマ一を用いて主要 10品種の核酸から PCR増幅 されたバンドを示す電気泳動写真である。 「あきたこまち」 でのみ特異的なバン ドが増幅されている。 control 1は配列決定用に単離した特異的バンドをテンプ レートとしたもの。  FIG. 9 shows an example of SCAR (Sequence Characterized Amplified Region) marker obtained by isolating a band specific to “Akitakomachi”. Primer created by inversion. B is an electrophoresis photograph showing bands amplified by PCR from 10 major varieties of nucleic acids using the primer of A. Specific bands are amplified only in Akitakomachi. control 1 is a specific band isolated for sequencing as a template.
図 1 0は、 ゲノム走査法を用いて直接にゲノムライブラリ一から特定バンドに 対応するクローンを選択する方法を示す。 ここでは、 いもち病菌 (ゲノムサイズ 40MB) の平均ィンサートサイズ 120kBの 6ゲノム分のライブラリーをほぼ 1ゲノ ム分のサブライブラリー 6個に分割して、 各々からゲノム走査法のバンドに対応 するクローンを同定する場合を示している。 FIG. 10 shows a method for directly selecting a clone corresponding to a specific band from a genomic library using a genome scanning method. Here, blast fungus (genome size A library of 6 genomes with an average insert size of 120 kB (40 MB) was divided into six sublibraries of almost one genome, and clones corresponding to the genome scanning band were identified from each library. I have.
図 Aにおいて、 黒丸で示したクローンは、 C行、 4列、 aプレートとして表示 される。 座標 C行目を代表する座標サンプルは全ての半プレートの C行目の全て の列のクローンの DNAを 10ngづっ集めて作製する。 図 Bにおいては、 1つのサ ブライブラリーは、 8行、 6列、 6半プレート分の座標サンプルと、 対象のゲノ ムレーンとの計 22レーンで構成される。 6ゲノム分を同時に 2枚のゲルで泳動 することができ、 対照のバンドと一致したバンドを示す座標から対応するクロ一 ンが同定される。  In Fig. A, the clones indicated by black circles are displayed as row C, column 4, and a plate. Coordinates A coordinate sample representative of line C is made by collecting 10 ng of the DNA of the clones in all columns on line C of all half plates. In Fig. B, one sub-library consists of a coordinate sample for eight rows, six columns, and six half plates, and a target genomic lane, for a total of 22 lanes. Six genomes can be run simultaneously on two gels, and the corresponding clone is identified from the coordinates that show the band that matches the control band.
図 1 1は、 ゲノム走査法の前身となる 15レーンタイプのゲルの電気泳動法で ォォムギの遺伝子地図を作製した例を示す。 全 272マーカーのうち、 この方法で マップされた AFLPマ一カーは 227であった。 発明を実施するための最良の形態  FIG. 11 shows an example in which a genetic map of wheat was prepared by electrophoresis on a 15-lane type gel, which is the predecessor of the genome scanning method. Out of a total of 272 markers, 227 AFLP markers were mapped in this way. BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
以下、 実施例により本発明をさらに詳細に説明するが、 本発明は以下の実施例 に制限されるものではない。  Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples, but the present invention is not limited to the following Examples.
[実施例 1 ] ィネの非病原性遺伝子 avrPib遺伝子の近傍核酸マ一力一の精密 マツピング  [Example 1] Non-pathogenic gene of rice Nucleic acid near the avrPib gene Precision mapping
イネの抵抗性遺伝子 Pi- bに対応するいもち病菌の非病原性遺伝子 avrPibにつ いて、 その近傍の核酸マーカーの検索及び得られたマーカーと本遺伝子との間の 遺伝学的距離の決定を試みた。 avrPibはイネの抵抗性遺伝子 Pi- bに対応するい もち病菌の非病原性遺伝子で、 この遺伝子産物がイネの Pi- b遺伝子に認識され ることによりィネの抵抗性が成立しており、 avrPib遺伝子が変異を起こせば Pi - bによる抵抗性は崩壊することになる。 従って、 この遺伝子を単離して抵抗性崩 壊をもたらした株での変異の原因と、 抵抗性遺伝子産物と非病原性遺伝子産物と がどのように相互作用しているかを調べる必要がある。 実際に抵抗性崩壊が起き た地域から単離された Pi- bを侵すいもち病菌との交配により、 非病原性遺伝子 の精密マッビングを従来法の代表としての RAPD法と本法との間で比較した。 Regarding the non-pathogenic gene avrPib of the blast fungus corresponding to the rice resistance gene Pi-b, we attempted to search for a nucleic acid marker in the vicinity and determine the genetic distance between the obtained marker and this gene Was. avrPib is a non-pathogenic gene of blast fungus corresponding to the rice resistance gene Pi-b.Rice resistance is established by the recognition of this gene product by the rice Pi-b gene. Mutation in the avrPib gene will disrupt resistance to Pi-b. Therefore, the cause of the mutation in the strain that caused the resistance collapse by isolating this gene, the resistance gene product and the non-pathogenic gene product We need to find out how they interact. By crossing with blast fungus that infects Pi-b isolated from the area where resistance collapse actually occurred, precise mapping of non-pathogenic genes was compared between the RAPD method, which is a representative of the conventional method, and this method did.
avrPibを保持している (Pi-bを持つイネを侵せない)菌株と、 avrPibを持た ない(Pi- bを持つイネを侵す)菌株との交配を行い、 F1世代の菌株を多数得た。 これらの F 1菌株を P i -bを持つイネに接種して各菌株における avrP ibの有無を 調査した後、 avrPib保持グループ (+ ) と欠損グループ (―) それぞれ十数株 づつからゲノム DNAのバルクを作製し、 親菌株 2株と十, —各バルク 2種類との 4種類のサンプルを用いて、 64 x 4通り =256通りのプライマーペアによる AFLP 分析を行った。 いもち病菌のゲノムサイズは約 40MBとイネの約 1/10であるため、 イネの 1/16程度のプライマーペアでゲノムをカバーできる。  A strain containing avrPib (which cannot infect rice with Pi-b) and a strain without avrPib (infecting rice with Pi-b) were crossed to obtain a large number of strains of the F1 generation. . After inoculating these F1 strains into rice plants having P i -b and examining the presence or absence of avrP ib in each strain, genomic DNA was obtained from more than a dozen strains each of the avrPib holding group (+) and the deletion group (-). Bulks were prepared, and AFLP analysis was performed using 256 types of primer pairs (64 x 4 types = 256 types) using 4 types of samples including 2 parent strains and 10 types of each bulk type. Since the genome size of blast fungus is about 40MB, which is about 1/10 of rice, the genome can be covered with about 1/16 of the primer pair of rice.
比較のために、 RAPD (Random Amplified Polymorphic DNAs)法で約 540プライ マ一を用いて増幅を行った結果と比較した。 RAPD法では大型のサブマリンゲル で、 例えば一度に 144レーンを同時に泳動することができるが、 バルク法では 5 40 x4=2160のレーンを流す必要があり、 15日かけて、 安定性の高い明白なバン ドのみ 1860本のバンドをバルク間で比較して約 100本の両親間での多型バンド を見出した。  For comparison, the results were compared with the results of amplification using about 540 primers by the RAPD (Random Amplified Polymorphic DNAs) method. In the RAPD method, for example, 144 lanes can be run simultaneously at the same time on a large submarine gel, but in the bulk method, 540 x 4 = 2160 lanes need to be run, and over 15 days, a highly stable and obvious The band alone compared 1860 bands between bulks and found about 100 parental polymorphism bands.
これに対して、 本法では 4日間で約 5700本のバンドを比較検索することがで きて、 304本の多型バンドを見出した(表 1 ) 。 これから、 本法の能率は RAPD法 の 11倍に及ぶことが示される(5700/1860 x 15/4) 。  On the other hand, in this method, about 5700 bands could be compared and searched in 4 days, and 304 polymorphic bands were found (Table 1). This indicates that the efficiency of this method is 11 times that of the RAPD method (5700/1860 x 15/4).
表 1  table 1
Used primers Total Polymorphic bands Average Percentage of (pairs) bands bands / polytnorophism obtained primer (pair) (V.) Used primers Total Polymorphic bands Average Percentage of (pairs) bands bands / polytnorophism obtained primer (pair) (V.)
Total Linked to avrPib  Total Linked to avrPib
(Closely linked)  (Closely linked)
RAPD 539 1861 101 10 (4) 3.5 5.4RAPD 539 1861 101 10 (4) 3.5 5.4
AFLP 251 5710 304 86 (41) 22.7 5.3 これらの多型バンドのうち、 バルク法で優性ホモと劣性ホモと明確な差が出た 遺伝子近傍バンドの候補は RAPDと AFLPではそれそれ、 6本と 41本であった。 これらのバンドをまず実際の F1株 12株を用いて検定し、 1次スクリーニングを 行った(図 5)。 さらに F 1の株数を増やして行って、 最終的には F1斤株 125株で の検定で avrPib近傍の精密地図を作製した(図 6)。 RAPD法では 2本、 本法では 12本のバンドが実際に目的遺伝子 avrPibから 20 CM以内にあることが示された。 最も目的遺伝子に近いバンドは RAPD法で得られたものでは 5.3 CMであったの に対し、 本法で得られたものでは 1.8 CMとはるかに近かった。 いもち病菌では 1CMは約 80kBに相当するので、 この距離は物理地図の作製に十分移行できる距 離といえる。 AFLP 251 5710 304 86 (41) 22.7 5.3 Among these polymorphic bands, the candidate genes near the gene that showed a clear difference between dominant homozygous and recessive homozygous in the bulk method were 6 and 41 in RAPD and AFLP, respectively. These bands were first tested using 12 actual F1 strains and subjected to primary screening (Fig. 5). Furthermore, we increased the number of F1 strains, and finally made a precise map around avrPib by testing with 125 F1 loaf strains (Fig. 6). The RAPD method showed that 2 bands and the present method showed 12 bands were actually within 20 CM of the target gene avrPib. The band closest to the target gene was 5.3 CM obtained by the RAPD method, whereas the band obtained by this method was much closer to 1.8 CM. Since 1 CM is equivalent to about 80 kB for blast fungus, this distance can be said to be a distance that can be sufficiently transferred to physical map creation.
[実施例 2 ] ィネのカマイラズ変異体遺伝子の一つ be- 3の精密マッビング ィネの桿の細胞壁の 2次肥厚に必要なセルロース合成ができなくなつた変異体 (力マイラズ: brittle culm)の一つである be- 3の原因遺伝子の近傍の核酸マ一 力一をゲノム走査法で検索した。 F2分析のための交配の親株としては、 japonic a型の be- 3変異体: Mll、 indica型の野生型 Kasalathとの交配を用いた。 F3世 代までの分析により、 変異型ホモ個体 10個体、 野生型ホモ個体 8個体を同定し て、 それそれのゲノム MAを混合したものを、 両親株と共に AFLPと組み合わせ たゲノム走査法によるバルク分析に供した。 それそれの核酸を EcoRI(6塩基認 識), Msel (4塩基認識)の 2種類の酵素で 2重消化した後、 それそれの酵素の切 断部位に隣接した 3塩基の選択ヌクレオチドを持つブラィマー 1430組み合わせ について、 ノ、リレク分析によるゲノム走査法を適用した。 図 7はその 1例である。 その結果、 97の近傍マーカーの候補が得られ、 このうち 50が劣性ホモ個体か ら、 マーカーの組み替え体を検出するのに有効に用いることができる。 それそれ のマ一カー候補について 10個体づつの劣性ホモ個体(20染色体)による F2分析 を行ってマーカ一の絞り込みを行い、 特に 24マーカーについて劣性ホモ個体 32 個体 64染色体での分析を行った結果、 標的遺伝子と共分離している (遺伝子と の'距離が 0 CMの) マーカーが 1つ見出された(図 7)。 [Example 2] Precise mapping of one of the rice camillaz mutant genes, be-3, a mutant that is unable to synthesize cellulose required for secondary thickening of the cell wall of rice bar (force myraz: brittle culm) A genome scan was used to search for nucleic acids near the causal gene of be-3, one of the genes. As a parent strain of the cross for F2 analysis, a cross with a japonic a-type be-3 mutant: Mll and an indica-type wild-type Kasalath was used. Analysis of up to F3 generations identified 10 mutant homozygotes and 8 wild-type homozygotes, and combined the genomic MAs with the parental strain and performed bulk analysis by genomic scanning combined with AFLP Was served. After double digestion of each nucleic acid with EcoRI (6 bases recognition) and Msel (4 bases recognition) two enzymes, a bimer with three base selection nucleotides adjacent to the cleavage site of each enzyme For 1430 combinations, a genomic scanning method based on the no and rirek analysis was applied. Figure 7 is an example. As a result, 97 nearby marker candidates were obtained, of which 50 could be effectively used to detect recombinant markers from recessive homologous individuals. For each marker candidate, the markers were narrowed down by performing F2 analysis using 10 recessive homologous individuals (20 chromosomes). As a result of analyzing 64 chromosomes in an individual, one marker (with a distance of 0 CM from the gene) co-separated from the target gene was found (Fig. 7).
[実施例 3 ]  [Example 3]
ォォムギ (5.5GB) のようにゲノムサイズが極めて大きな生物では、 AFLPによ り本発明を適用しょうとする場合、 ゲノム断片両側でのブラィマーの選択塩基数 が各々 3である場合、 イネ (450MB) 程度のゲノムサイズの様に非変成条件で 2 本鎖のまま DNAを泳動したのでは必ずしも明確なバンドにならない。 この場合、 選択プライマーの数を増やすのも一つの対応法であるが、 3づつの選択マ一力一 を用いてもゲルに 6〜8.5Mの尿素を加えた変性条件下で、 サンプル緩衝液にも 5 0%のホルムアミ ドを加え、 泳動直前に 90°C3分の熱変性を加えることにより DN Aを 1本鎖として泳動すると、 十分なバンドの解像度が得られる。  For organisms with a very large genome size, such as wheat (5.5 GB), when the present invention is applied by AFLP, when the number of bases selected by the primer on each side of the genomic fragment is 3, rice (450 MB) If DNA is electrophoresed in a double-stranded state under non-denaturing conditions, such as a small genome size, a clear band will not always be obtained. In this case, increasing the number of selective primers is one possible solution.However, even if three selective techniques are used, the sample buffer may be added under denaturing conditions in which 6-8.5 M urea is added to the gel. Also, 50% formamide is added to the DNA, and heat denaturation is performed at 90 ° C for 3 minutes immediately before the electrophoresis. As a result, sufficient resolution of bands can be obtained when DNA is electrophoresed as a single strand.
図 8はォォムギの 2条性を決める遺伝子を探索するため、 ァズマムギ(6条) X 関東中生ゴールド(2条)の掛け合わせにァズマムギ (6条)による戻し交配を 7代 重ねながら、 2条性を示す系統を選んで行き、 ァズマムギを背景とした 2条の準 同質遺伝子系統として確立されたものと、 戻し親のァズマムギとをゲノム走査法 で比較したところである。 32レーンで 16プライマー対における差を検索したも のであるが、 両者で差があるものは極めて限られており、 これが 2条性の遺伝子 と強く連鎖した領域にある多型バンドの候補である。  Fig. 8 shows the search for genes that determine the bisexuality of barley. In order to search for genes that determine the bisexuality of barley, crossing with Azumamugi (Article 6) X Kanto Nakasei Gold (Article 2) and backcrossing with Azumamugi (Article 6) were repeated for seven generations. We selected strains that showed sex and compared the two established near-isogenic lines with azum in the background with the returned parent azum by the genome scanning method. A search was made for differences between 16 primer pairs in 32 lanes, but the differences between the two were extremely limited, and these are candidates for polymorphic bands in a region strongly linked to the double-stranded gene.
この泳動条件でォォムギでは平均約 58本のバンドが同定される。 大型のシ一 クェンサ一ゲルでォォムギの AFLPを行った場合での平均バンド数が約 88本 (Ca stil ioni et al . 1998 Genetics 149 : 2039- 2056 )であるので、 約 67%のバンド が同定されていることになる。 大型ゲルでは 1日でゲル 1枚 32レーン程度の効 率でしかできないところが、 本発明では 1日で 256レーンの処理ができるので、 5〜6倍の効率が得られることとなる。  Under these electrophoresis conditions, an average of about 58 bands were identified in wheat. Since the average number of bands obtained by AFLP of rye using a large sequencer gel is about 88 (Castil ioni et al. 1998 Genetics 149: 2039-2056), about 67% of the bands are identified. It will be. Where large gels can be processed only with an efficiency of about 32 lanes per gel per day, the present invention can process 256 lanes per day, so that 5 to 6 times the efficiency can be obtained.
[実施例 4 ] ゲノム走査法で同定されたイネ品種の識別バンドの単離と配列解 析による特異的プライマ一の設計 市販の精米の品種を簡便に判別するための SCARマーカ一を開発して、 その場 で PCRを行うことにより誰にでも容易に品種を判別できるシステムの構築を試み た。 [Example 4] Isolation of identification bands of rice varieties identified by genome scanning method and design of specific primers by sequence analysis We developed a SCAR marker to easily identify commercial rice varieties, and attempted to construct a system that allows anyone to easily identify varieties by performing PCR on the spot.
ゲノム走査法 (AFLP )で市販の精米主要 10品種を識別するバンドを 55種類のプ ライマ一を用いて検索した。 この 1=食出にはわずか 2日しかかからない。 多数の品 種判別に適したバンドが得られたが、 そのうちの一つで 「あきたこまち」 に特異 的なバンドを幅の広いレーンで泳動後、 蛍光色素 (vistra green) で染色して切 り出し、 TEバッファ一中で破砕抽出してから AFLP用のプライマーを用いて PCR で増幅した。 PCR増幅産物を適当なプラスミ ドに挿入して大腸菌に導入し、 菌を 培養増幅して得られたプラスミ ドに目的のインサートが入っていることを制限酵 素で確認後、 配列の解析を行い、 目的バンドを特異的に増幅するプライマ一を設 計した(図 9A)。 このプライマーを用いて、 主要 10品種から得た DNAをテンプレ ートとしてそれぞれ PCR増幅を行い 「あきたこまち」 でだけ特異的なバンドが増 幅されることが確認された(図 9B)。  Using the genome scanning method (AFLP), bands that identify the 10 major rice varieties commercially available were searched using 55 types of primers. This 1 = diet only takes 2 days. A number of bands suitable for discrimination were obtained, but one of the bands specific to Akitakomachi was electrophoresed in a wide lane and then stained with a fluorescent dye (vistra green) and cut out. The DNA was extracted by crushing in a TE buffer and amplified by PCR using primers for AFLP. Insert the PCR amplification product into an appropriate plasmid, introduce it into E. coli, and confirm that the desired insert is contained in the plasmid obtained by culturing and amplifying the bacteria with restriction enzymes, and analyze the sequence. A primer was designed to specifically amplify the target band (FIG. 9A). Using these primers, PCR amplification was performed using DNA obtained from the main 10 varieties as templates, and it was confirmed that the specific band was amplified only in “Akitakomachi” (Fig. 9B).
[実施例 5 ] 核酸マ一カーに対応するライブラリーのクローンの選択方法 通常、 ゲノムライブラリーから本法で得られた特定のバンドに対応するクロ一 ンを同定する場合、 実施例 3のようにして得られた SCARマーカ一を利用して、 ライブラリーを載せた高密度メンブレンにコロニーハイブリダィゼ一シヨンを行 つてポジティブクロ一ンを選択することが行われるが、 多数のバンドに対して全 てこの方式を用いるには手間とコス卜がかかりすぎ、 また必ずしも単離されたバ ンドの内部配列がユニークであるとは限らない。  [Example 5] Method for selecting a clone of a library corresponding to a nucleic acid marker Normally, when a clone corresponding to a specific band obtained by the present method is identified from a genomic library, as in Example 3, Using the SCAR marker obtained in the above, colony hybridization is performed on a high-density membrane carrying the library to select positive clones. Using all methods requires too much labor and cost, and the internal sequence of the isolated band is not always unique.
マーカ一バンドの単離を経ずに直接、 ゲノム走査法により特定のバンドに対応 するライブラリーのクローンを選択する方法としては、 次のようにすればよい。 まず、 全てのライブラリ一クローンから BAC等のゲノムクローンの DNAをプラス ミ ド抽出機により抽出して元のクローンのプレートと同じ配列の DNAによるプレ 一トを作製しておく。 次に全ゲノムライブラリーを分割して 1ゲノム相当以下の サイズのサブライブラリ一の集合とする。 これにより、 1つのサブライブラリ一 の中で平均 1クローンだけが特定のバンドに対応するようになる。 さらに、 各サ ブライブラリーを構成する数枚分のマイクロプレートのクローンから行、 列、 プ レートの各番号を座標として同じ座標番号を持つクローンから 10ngづつの DNA を集めてゆき、 各座標に対応する座標サンプルを作る。 例えば、 3行目にあるク ローンからは、 プレート番号や列番号に関わりなくすベて 10ngづっ DNAを取つ て集めて、 行座標 3行目の座標サンプルとする。 同様にすベての座標について座 標サンプルを作り、 各座標サンプルと対照の全ゲノムサンプルについて同じゲノ ム走査法を適用する。 座標サンプル MAを作製するには、 ゲノムライブラリー全 クローンの MAを抽出しなくても、 2ml程度に増やした各クローンの培養をその まま少量づっ行、 列、 プレートごとに混ぜて、 座標サンプルとした後に、 その混 合培養から DNAを抽出してもよい。 対照となる全ゲノムから増幅されたレーンの 目的バンドと一致するバンドが行、 列、 プレートについて見いだせれば、 その番 号が求めるクローンの 3次元座標となり、 当該クローンをサブライブラリ一から 拾い上げることができる。 万一、 サブライブラリ一に多数の該当クローン候補が 存在するときは、 それらを拾い集めた後に、 再度最終決定のためのゲノム走査法 を対照と共に行えばよい(図 10 )。 A method for directly selecting a library clone corresponding to a specific band by a genome scanning method without isolating the marker-one band may be as follows. First, the DNA of a genomic clone such as BAC is extracted from all the library clones using a plasmid extractor to prepare a plate of DNA having the same sequence as the plate of the original clone. Next, divide the whole genome library to It is a set of size sub-libraries. This ensures that on average only one clone per sublibrary corresponds to a particular band. In addition, 10 ng of DNA is collected from clones with the same coordinate number using the row, column, and plate numbers as the coordinates from several microplate clones that constitute each sublibrary, and correspond to each coordinate. Make a coordinate sample. For example, from the clone in the third row, all 10 ng of DNA is collected and collected, regardless of the plate number or column number, and used as a coordinate sample on the third row. Similarly, create coordinate samples for all coordinates, and apply the same genomic scanning method for each coordinate sample and the control whole genome sample. To prepare the coordinate sample MA, even without extracting the MA of all clones in the genomic library, the culture of each clone, which had been increased to about 2 ml, was mixed in small amounts in each row, column, and plate, and the coordinate sample and MA were extracted. After that, DNA may be extracted from the mixed culture. If a band, column, or plate is found that matches the band of interest in the lane amplified from the control whole genome, that number will be the 3D coordinates of the desired clone, and that clone will be picked up from the sublibrary. it can. If there are many candidate clones in the sub-library, they should be collected and re-run the genome scanning method for final determination together with the control (Fig. 10).
この手法が力を発揮するのは、 ゲノムライブラリーの構成クローンを網羅する ように、 多数のゲノム走査法で得られるバンドをすべてライブラリ一クローンに 対応させて、 全ゲノムのコンティグを作製する場合である。 これにより一人でも 全ゲノムコンテイダの作製が容易に行われる。  This method is most effective when all the bands obtained by a large number of genome scanning methods correspond to one library to create a contig of the whole genome so as to cover the constituent clones of the genomic library. is there. This makes it easy for one person to create a whole genome container.
図 10Aでは、 いもち病菌 (40MB) のゲノムライブラリ一 (平均 120kB ; 6ゲノ ム相当) を 1つがほぼ 1ゲノムに相当する 6個のサブゲノムライブラリーに分割 した場合において、 6つの半プレート(3枚のフルプレート)からなる 1つのサブ ゲノムライブラリーから特定のクローンを同定する方法を示している。 1サブゲ ノムライブラリーについて、 行座標の 1行目では 6枚の半プレートの 1行目のク ローン (6列 x 6半プレート = 36クローン) のすベてから DNAを 10〃gづっ集め て 1行目を代表する座標サンプルとしている。 すなわち、 1サブゲノムライブラ リーでは行、 列、 プレート軸を代表する座標としてそれぞれ 8、 6、 6の各座標サ ンプル、 計 20の座標サンプルでサブゲノムライブラリ一全体の 8 x 6 x 6 =288ク ローンを同定できる。 In Figure 10A, one half of the genomic library of blast fungus (40 MB) (average 120 kB; equivalent to 6 genomes) was divided into six subgenomic libraries, each of which corresponds to almost one genome. It shows how to identify a specific clone from one subgenomic library consisting of one full plate). For the 1 subgenome library, the first row of row coordinates is the first row of six half-plates. DNA samples are collected in 10 〃g increments from all of the loans (6 rows x 6 half-plates = 36 clones) and used as coordinate samples representing the first row. In other words, in one subgenomic library, each coordinate sample of 8, 6, and 6 is used as coordinates representing the row, column, and plate axes, and a total of 20 coordinate samples, 8 x 6 x 6 = 288 for the entire subgenome library The clone can be identified.
図 10Bで示すように、 この 20の座標サンプルをテンプレートとした 20レーン と、 対照の全ゲノムをテンプレートとした 2レーンとを同時にゲノム走査法で泳 動することにより、 22レーンで容易に対照で得られたバンドに対応するクロ一 ンを 1つのサブゲノムライブラリーの中から同定することができる。  As shown in Fig.10B, 20 lanes using the 20 coordinate samples as a template and 2 lanes using the whole genome of the template as a template were simultaneously swept by the genome scanning method, so that the control was easily performed in 22 lanes. Clones corresponding to the obtained bands can be identified from one subgenomic library.
1枚のゲル( 66レーン)では 3つのサブゲノムライブラリ一を同時に泳動できる ので、 2枚のゲルで全ゲノム、 6サブライブラリ一をカバ一できる。 すなわち、 1 プライマーペアによる 1回の AFLPを考えれば、 約 25-40本のバンドに対応する クローンの検索が、 6ゲノム相当の全ゲノムライブラリ一について 2枚のゲルで できることになる。 標準のゲノム走査法では 4枚のゲルを用いるので、 1回の泳 動で 2プライマーペアにより得られた 50-80バンドに対応するクローンが同様に 全ゲノムライブラリーから同定できることになる。  Since one gel (66 lanes) can simultaneously run three subgenomic libraries, two gels can cover the entire genome and six sublibraries. That is, considering one AFLP with one primer pair, it is possible to search for clones corresponding to about 25-40 bands on two gels for a whole genome library equivalent to 6 genomes. Since the standard genomic scanning method uses four gels, clones corresponding to the 50-80 bands obtained by two primer pairs in one swim can be similarly identified from the whole genome library.
これにより控えめに見積もっても 1回の電気泳動で 2プライマーセットの約 5 0-80バンドをクローンへ対応付けすることが可能であり、 25回の電気泳動で約 1, 00-2 , 000本のバンドをゲノムに対応付けすることができる。 いもち病菌のゲ ノムサイズが 40MBであることを考えると 1, 500本のバンドが得られたとしてゲ ノム中でのバンドの平均密度は 40MB ÷ 1,500本 =27kB/本となり、 120kBの平均 的クローンに平均 4.4本のバンドが得られることになり、 クローンの重複度が平 均 6あることも考えれば、 ゲノムコンティグを作製するには十分過ぎる密度と考 えられる。 これにより、 BACのプラスミ ドさえ用意できていれば約 1ヶ月で 6ゲ ノム相当からなる全ゲノムライブラリーのコンティグが完成する。 プラスミ ド自動抽出機がフルに使えれば、 18プレート分のプラスミ ドは 2週 間程度で調製可能である。 産業上の利用の可能性 Thus, even if conservatively estimated, it is possible to associate about 50-80 bands of the two primer sets to the clone in one electrophoresis, and about 1,000-2,000 bands in 25 electrophoresis. Band can be associated with the genome. Considering that the genome size of the blast fungus is 40 MB, the average density of the bands in the genome is 40 MB ÷ 1,500 = 27 kB / line, assuming that 1,500 bands are obtained, and the average of 120 kB is obtained. This means that the clones will have an average of 4.4 bands and that the clones have an average of 6 duplications, which is considered to be too high for a genomic contig. As a result, a contig of a whole genome library consisting of 6 genomes will be completed in about one month if only the BAC plasmid is prepared. If the automatic plasmid extractor can be fully used, it is possible to prepare 18 plates of plasmid in about two weeks. Industrial applicability
本発明の方法および電気泳動装置を用いることにより、 例えば、 下記のような 目的のための核酸マーカ一を極めて簡便かつ高能率で検索、 同定、 取得すること が可能となった。  By using the method and the electrophoresis apparatus of the present invention, for example, it has become possible to search, identify, and acquire nucleic acid markers for the following purposes extremely easily and with high efficiency.
①重要な機能 ·形質を制御する単一遺伝子をその近傍にある核酸の多型を利用 してマークする多型マーカーの開発。  (1) Important functions · Development of polymorphic markers that mark single genes that control traits using polymorphisms of nucleic acids in the vicinity.
この場合、 目的遺伝子を持つ生物に既存のマーカーからなるゲノムマップが存 在する必用はない。  In this case, it is not necessary for the organism having the target gene to have a genomic map consisting of existing markers.
②ポジショナルクローニングにおける標的遺伝子近傍のクローンの同定および 単離  ② Identification and isolation of clones near the target gene in positional cloning
重要な機能 '形質を制御する単一遺伝子をポジショナルクローニング法により、 その染色体上の位置情報だけに基づいて単離 ·クローニングしょうとする場合、 その極近傍のマ一カーを検索し、 BAC (パクテリァ人工染色体 )等のゲノムライプ ラリーから遺伝子の近傍領域のクローンをつり上げるためのマーカーを提供する この場合、 目的遺伝子を持つ生物に既存のマーカーからなるマップが存在する必 用はない。  An important function: When a single gene that controls a trait is isolated and cloned by positional cloning based only on its chromosomal location, a marker near the chromosome is searched for and the BAC (Pacteria Provide a marker for lifting a clone in the vicinity of a gene from a genomic library such as an artificial chromosome). In this case, it is not necessary that an organism having the target gene has a map composed of existing markers.
③遺伝分析、 高密度地図の作製  ③ Genetic analysis, making high-density maps
ある生物の遺伝子地図を作製するための多数の核酸マーカーを高効率で提供す ると共に、 それらの F2ないしは RI系統においての連鎖分析を高能率で行い、 高 密度地図の作製を高い効率で行う。 これにより複数の遺伝子の寄与に基づく定量 的形質 (QTL: Quantitative Trait Loci ) の解析も容易に行われる。  Along with providing a large number of nucleic acid markers for creating a genetic map of an organism with high efficiency, the linkage analysis in F2 or RI strains will be performed with high efficiency, and a high density map will be generated with high efficiency. This facilitates the analysis of quantitative traits (QTLs) based on the contribution of multiple genes.
④品種の識別 精米を始めとして、 市場に出回っている食品類や種子の品種を識別するための マーカーバンドを高能率で検索する。 さらには、 得られた識別バンドを単離,ク ローニングしてその配列の解析から SCAR( Sequence Characterized Amplified R egion)分析用のプライマーを設計する。 こうした SCMマーカ一を用いれば、 そ の場で短時間で品種判別を行うことも可能となる。 また、 特定遺伝子をマークす る近傍マーカーも SCM化することにより、 育種等におけるマ一力一として使い やすくなる他、 遺伝子近傍の BACクローンを釣り上げるためにも役立つ。 ④ Breed identification Highly efficient marker bands for identifying rice and other foods and seed varieties on the market. Furthermore, the obtained discriminating band is isolated and cloned, and from the sequence analysis, primers for SCAR (Sequence Characterized Amplified Region) analysis are designed. The use of such an SCM marker makes it possible to identify the type in a short time on the spot. In addition, by converting the vicinity marker that marks a specific gene into an SCM, it is easy to use as a primary tool in breeding, etc., and it is also useful to catch BAC clones near the gene.
⑤生物の全ゲノムをカバーするコンティグの作製  の Creating a contig covering the entire genome of an organism
ある生物のゲノムライブラリーを構成するクローンをつなぎ合わせて、 全ゲノ ムをカバーするコンティグを簡便に作製することができる。 すなわち、 数ゲノム 相当からなるゲノムライブラリーを約 1ゲノム相当のサブライブラリ一に分割し た後、 各サブライブラリーを構成するマイクロプレートの集合について、 その行、 列、 プレートをそれそれ、 x、 y、 z軸とする座標を作り、 各座標と直交する全て のクローンの DNAをまとめて座標サンプルを作製して錡型とする。 これを通常の 全ゲノム MAを錡型とする対照とを並べてゲノム走査法で泳動する事により、 全 ゲノムレーンに見出される各バンドに対応するクローンを同定することができる (図 10)。 1バンド /20- 50kB 程度の密度でバンドが見出されれば、 平均して数ク ローンが重複した全ゲノムコンティグが完成できる。  By concatenating clones constituting a genomic library of an organism, a contig covering the entire genome can be easily prepared. That is, after dividing a genomic library consisting of several genomes into one sub-library equivalent to about one genome, the rows, columns, and plates of each set of microplates constituting each sub-library are divided into x, Create coordinates using the y- and z-axes, collect all the DNAs of the clones that are orthogonal to each coordinate, and prepare a coordinate sample to form a 錡. By running this together with a normal whole genome MA type II control along with the genome scanning method, clones corresponding to each band found in the whole genome lane can be identified (FIG. 10). If bands are found at a density of about 1 band / 20-50 kB, a whole genome contig consisting of several clones on average can be completed.

Claims

請求の範囲 The scope of the claims
1 . 核酸を電気泳動する方法であって、 1. A method for electrophoresing nucleic acids,
( a ) 10〜30cm角のゲル板を同時に複数枚装備して電気泳動を行なうことがで き、 かつ、 ゲル板 1枚当たり 32以上の核酸試料を同時に電気泳動することがで きる電気泳動装置を用いて、 核酸試料を電気泳動する工程、 および  (a) An electrophoresis apparatus capable of simultaneously carrying out electrophoresis by equipping a plurality of gel plates of 10 to 30 cm square and simultaneously carrying out electrophoresis of 32 or more nucleic acid samples per gel plate Electrophoresing a nucleic acid sample using
( b ) 電気泳動後のゲル上の核酸のバンドを検出する工程、 を含む方法。  (b) detecting a nucleic acid band on the gel after electrophoresis.
2 . 不連続緩衝液型のゲルを用いて電気泳動を行う、 請求項 1に記載の方法。  2. The method according to claim 1, wherein the electrophoresis is performed using a discontinuous buffer type gel.
3 . 核酸試料が変性処理による 2本鎖 DNAの解離により調製された 1本鎖 DNA であり、 変性ゲルを用いて電気泳動を行う、 請求項 1に記載の方法。 3. The method according to claim 1, wherein the nucleic acid sample is single-stranded DNA prepared by dissociation of double-stranded DNA by denaturation treatment, and electrophoresis is performed using a denaturing gel.
4 . ゲル上の核酸のバンドの検出を蛍光染色または銀染色により行なう、 請求 項 1に記載の方法。  4. The method according to claim 1, wherein the detection of the nucleic acid band on the gel is performed by fluorescent staining or silver staining.
5 . 被検個体間のゲノム DNAの多型を検出するために実施する、 請求項 1、 2、 4のいずれかに記載の方法。  5. The method according to any one of claims 1, 2, and 4, which is performed to detect a genomic DNA polymorphism between test subjects.
6 . 被検個体間のゲノム DNAの多型を検出するために実施する、 請求項 3に記 載の方法。  6. The method according to claim 3, which is carried out to detect a genomic DNA polymorphism between test subjects.
7 . 核酸試料が AFLP法により増幅された DNA断片である、 請求項 5に記載の 方法。  7. The method according to claim 5, wherein the nucleic acid sample is a DNA fragment amplified by the AFLP method.
8 . 核酸試料がへテ口 2本鎖 DNAである、 請求項 5に記載の方法。  8. The method according to claim 5, wherein the nucleic acid sample is a heterologous double-stranded DNA.
9 . 多型を示す DNA断片を調製する方法であって、 請求項 5から 8のいずれか に記載の方法において検出された多型を示す DNA断片をゲルから単離する工程を 含む方法。 9. A method for preparing a DNA fragment exhibiting a polymorphism, comprising a step of isolating a DNA fragment exhibiting the polymorphism detected in the method according to any one of claims 5 to 8 from a gel.
1 0 . 請求項 9に記載の方法により単離された被検個体間で多型を示す DNA断 片。  10. A DNA fragment showing polymorphism among test individuals isolated by the method according to claim 9.
1 1 . 遺伝分析を行なうために実施する、 請求項 1から 8のいずれかに記載の 方法。 11. The method according to any one of claims 1 to 8, which is performed for performing a genetic analysis.
1 2 . 遺伝分析が F2分析、 RI( recombinant imbred)分析、 または QTL (Quant itative Traits Loci) 分析である、 請求項 1 1に記載の方法。 12. The method according to claim 11, wherein the genetic analysis is F2 analysis, RI (recombinant imbred) analysis, or QTL (Quantitative Traits Loci) analysis.
1 3 . 生物の遺伝子地図の作成のために実施する、 請求項 1から 8のいずれか に記載の方法。  13. The method according to any one of claims 1 to 8, which is performed for creating a genetic map of an organism.
1 4 . 請求項 1 3に記載の方法により検出された多型を示すゲノム DNAのバン ドをマーカ一として作成された生物の遺伝子地図。  14. A genetic map of an organism created using a genomic DNA band showing a polymorphism detected by the method according to claim 13 as a marker.
1 5 . 請求項 1から 8のいずれかに記載の方法により検出されたゲル上の特定 の核酸のバンドに対応するクローンをゲノム DNAライブラリーから選択する方法 であって、  15. A method for selecting a clone corresponding to a specific nucleic acid band on a gel detected by the method according to any one of claims 1 to 8 from a genomic DNA library,
( a ) 特定の生物のゲノム DNAライプラリーを、 それそれが該生物の 1ゲノム以 下のサイズの複数のサブライブラリーに分割する工程、  (a) dividing the genomic DNA library of a particular organism into a plurality of sub-libraries each of which is smaller than one genome of the organism;
( b ) それぞれのサブブラリーに含まれる全クローンに対し、 サブライブラリー の行、 列、 プレートの番号を振り付ける工程 (ここで行、 列、 プレートをそれそ れ座標 X、 座標 Y、 座標 Ζとする) 、  (b) The process of assigning the row, column, and plate numbers of the sublibrary to all the clones included in each sublibrary (where the rows, columns, and plates are designated as coordinate X, coordinate Y, and coordinate Ζ, respectively). Do),
( c ) 全てのプレートの特定の行を示すクローン (座標 Xクローン群) 、 および 全てのプレートの特定の列を示すクローン (座標 Υクローン群) 、 および 1つの サブライブラリーの特定のプレート上の全てのクロ一ン (座標 Ζクローン群) を それそれ集めて別々に D N Αを抽出して座標サンプルとし、 対照として該生物か ら調製したゲノム D N Aを用意し、 座標サンプルと対照とを並べて請求項 1から 4のいずれかに記載する方法で電気泳動し、 バンドを検出する工程、  (c) A clone representing a particular row of all plates (coordinates X clones), and a clone representing a particular column of all plates (coordinates Υ clones), and one particular sublibrary on a particular plate Collect all the clones (coordinates Ζ clones), extract DN に separately and use them as coordinate samples, prepare genomic DNA prepared from the organism as a control, request the coordinate samples and controls side by side Electrophoresis by the method described in any one of Items 1 to 4, and a step of detecting a band,
( d ) 対照における目的の核酸のバンドとゲル上での泳動度が一致するバンドが、 座標 Xクローン群、 座標 Yクローン群、 および座標 Zクローン群のそれぞれのク 口一ン群の中のどの座標のクロ一ンであるかを決定する工程、  (d) The band having the same mobility on the gel as the band of the target nucleic acid in the control is identified in each of the clone groups at the coordinate X clone group, the coordinate Y clone group, and the coordinate Z clone group. A step of determining whether the coordinate is a clone,
( e ) 決定された 3次元座標に対応するクローンをサブラィブラリーから選択す る工程、 を含む方法。 (e) selecting a clone corresponding to the determined three-dimensional coordinates from the sub-library.
1 6 . 特定の生物の全ゲノム DNAを覆うコンティグを作成するために実施する、 請求項 1 5に記載の方法。 16. The method of claim 15, which is performed to create a contig covering the entire genomic DNA of a particular organism.
1 7 . 核酸を電気泳動するための電気泳動装置であって、 10〜30cm角のゲル 板を同時に複数枚装備して電気泳動を行なうことができ、 かつ、 ゲル板 1枚当た り 32以上の核酸試料を同時に電気泳動することができる電気泳動装置。  17. Electrophoresis device for electrophoresing nucleic acids, which can be equipped with multiple gel plates of 10 to 30 cm square at the same time to perform electrophoresis, and more than 32 per gel plate An electrophoresis apparatus capable of simultaneously electrophoresing nucleic acid samples.
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