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(独)農業生物資源研究所

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『幼若ホルモン』フリーのカイコを作出 -安全な農薬開発に有効な遺伝子を特定-(2015/7/17)
ポイント
昆虫の脱皮と変態に関わる幼若(ようじゃく)ホルモン※の阻害剤は農薬の有力候補ですが、幼若ホルモンは不安定で解析が難しく、その生合成や働きに関わるタンパク質についての情報は不十分でした。
今回、幼若ホルモンの合成酵素タンパク質の一つと受容体タンパク質の働きを止めたカイコを、それぞれ作出したところ、最大の食害をもたらす終齢幼虫になる前に死にました。
カイコと共通点が多いチョウ目害虫のこれらのタンパク質の働きを抑えることにより、幼虫による食害を防ぐ、新たな農薬の開発を行っています。
概要
農業生物資源研究所(生物研)は、幼若(ようじゃく)ホルモンの合成酵素の一つとその受容体タンパク質の遺伝子の働きをそれぞれ止めることにより、「幼若ホルモンを全く作れないカイコ」と、このホルモンの「受容体が機能しない(幼若ホルモンが働かない)カイコ」を作出し、この酵素やタンパク質を阻害した場合の効果を確認しました。
幼若ホルモンは昆虫に特有のホルモンで、昆虫の脱皮・変態などを制御しており、体内に幼若ホルモンがあると、幼虫から幼虫へ脱皮し、幼若ホルモンがなくなると幼虫はサナギになることが知られています。
これまで生物研では、幼若ホルモン合成酵素の一つをほとんど作れないカイコを見出していましたが、このカイコの一部は成虫になるため、ここで標的となった酵素は、農薬のターゲットとしてはやや不十分でした。
今回作出したカイコは、いずれも最大の食害をもたらす終齢幼虫になる前に死んだことから、今回標的とした酵素やタンパク質を阻害する薬剤は農薬として有効であると考えられます。
また、今回作出したカイコにより、幼若ホルモンが無いと早くサナギになり、そのまま死ぬというだけではなく、幼若ホルモンが無くても幼虫が2回までは脱皮できることが明らかとなり、これまでの定説を覆す画期的な発見となりました。
幼若ホルモンの構造は昆虫のグループごとに異なっており、今回確認した酵素やタンパク質はチョウ目に特有のものであることから、チョウ目害虫だけを対象とした新たな農薬の開発が可能になります。現在、これらのタンパク質の働きを阻害する薬剤の開発を進めています。
この成果は、米国科学アカデミー紀要で、7月20日(日本時間で7月21日)に発表される予定です。
http://www.nias.affrc.go.jp/press/2015/20150717_2/

DNAメチル化により遺伝子発現が活性化される 新たなしくみを発見(2009/1/21)
ポイント
DNAメチル化によって遺伝子発現のスイッチが入る新たなしくみを発見
生物の進化に寄与する可能性のある遺伝子発現制御のしくみを解明

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概要

農業生物資源研究所は、植物においてDNA修飾の一種であるメチル化により遺伝子発現のスイッチが入る新たなしくみを解明しました。

これまでに、遺伝子発現をコントロールするしくみとして、DNAのメチル化を介して遺伝子発現が抑えられる現象(転写型遺伝子サイレンシング)が知られていました。今回、世界で初めて、ペチュニアの花の形を決める遺伝子について、これまで知られていたしくみとは逆にDNAのメチル化を介して遺伝子発現のスイッチが入るしくみを見出しました。また、このDNAのメチル化による遺伝子発現の活性化は、世代を越えて伝わることも明らかにしました。これは、環境の変化などによって後天的に引き起こされた遺伝子の変異が、遺伝的に固定して後代に伝わることを示しています。

今回の成果は、DNAのメチル化を介した遺伝子発現のコントロールが、自然界における生物の進化に寄与した可能性を示しています。また応用面では、特定の遺伝子の発現を任意の組織で活性化させる技術の開発につながることが期待できます。

この成果の概要は、2009年1月19日の週(米国時間)に、米国科学アカデミー紀要のonline版で公開されます。
http://www.nias.affrc.go.jp/press/20090121/

世界初、遺伝子組換えカイコによる高機能繊維の開発(2008/10/24)
- 緑色、赤色、オレンジ色等の蛍光色を持つ絹糸などの開発に成功 -

 農業生物資源研究所は、東レ(株)、東京農工大学、群馬県蚕糸技術センター、群馬県繊維工業試験場、理化学研究所及びAmalgaam有限会社との共同研究により、遺伝子組換えカイコによる高機能絹糸・繊維の開発に成功しました。

 農業生物資源研究所は平成12年に遺伝子組換えカイコの作出に成功していますが、今回その技術を応用し、また実用品種との交配・選抜を繰り返すことによって絹糸の実用性を高めて、緑色、赤色、オレンジ色等の蛍光色を持つ絹糸や、世界で最も細い絹糸、細胞接着性を高めた絹糸の開発に成功しました。

 また、従来の高い温度で繭を煮て繭層から繭糸を繰り目的の太さの絹糸を作る方法(繰糸法)では蛍光を持つ成分が壊されてしまうことから、新たな繰糸方法を開発し、蛍光色を残したまま繭から生糸を繰り取ることを可能にしました。

 さらに、遺伝子組換えカイコの繭から得た絹糸の衣料あるいは医療素材としての特性を試験・評価するために織物(ワンピース、ジャケット、ショールなどのニット)やインテリア用品(ランプシェードなど)、人工血管や角膜培養のフィルムなどを試作しました。これらの試作品は、自然光でも薄緑色やピンク色を呈していますが、特定の波長の光を当てると蛍光色を発します。

 これらの試作品は、平成20年10月29日水曜日、30日木曜日に東京国際フォーラムで開催されるアグリビジネス創出フェア(http://agribiz-fair.jp/)で展示する予定です。

 この成果は、農林水産省からの受託研究である、「アグリバイオ実用化・産業化研究」プロジェクト(平成16年~20年度)において進められてきた研究からの成果です。

植物遺伝子の機能を迅速に解明するゲノムデータベースの構築(2008/5/12)
 独立行政法人農業生物資源研究所は、植物種を超えて、遺伝子の機能を推定するのに役立つ、比較ゲノムテータベースSALAD(Surveyed conserved motif ALignment diagram and the Associating Dendrogram) databaseを構築し、インターネット上に公開します。公開はウェブサイト( http://salad.dna.affrc.go.jp/salad )で2008年5月12日より行う予定です。

 現在、植物の遺伝子機能を解明する際には、種を超えて、これまでの遺伝子機能に関する知見をうまく利用することが大切になっています。そのためには、公開されているゲノムデータベース上の膨大な情報を効率的に利用する必要があります。しかしながら、従来のゲノムデータベースを利用すると、遺伝子機能解明のために必要な大量の遺伝子情報の解析に多大な時間・手間がかかり、また遺伝子機能の推定が困難である場合も多々見られました。

 今回公開するデータベースを利用することにより、非常に簡単な操作・短時間で、蛋白質のアミノ酸配列の類似性の解析が可能になりました。また、遺伝子機能の推定もこれまで以上の簡便さ・正確さで出来るようになりました。

 現在は、イネとシロイヌナズナと紅藻の合計で約84,000個のアミノ酸配列(遺伝子)情報を登録していますが、今後随時、対象ゲノム情報を増やしていき、より研究者の解析効率が上がるデータベースにしていく予定です。

 今回の研究は、農林水産省委託プロジェクト研究「アグリ・ゲノム研究の総合的な推進」の「多様性ゲノム解析研究」(課題番号GD1003)で実施されたもので、成果の一部はすでに特許出願(特願2007-060745)しています。

【開発背景】
 ゲノムとは、生き物が持つ遺伝子情報のすべてのセットを指します。例えば、イネでは、3万個を超える遺伝子があり、それ全体がイネのゲノム情報になります。各遺伝子はタンパク質を作る機能を持っていて、そのアミノ酸配列の情報が各遺伝子にはDNA配列として暗号のように書き込まれています。これからの作物の品種改良には、遺伝子の機能解析からの知見はなくてはならないものになると予想されています。そのため、作物のゲノム情報解析もどんどん行われています。一方、実験がしやすい植物であるシロイヌナズナでは、盛んに遺伝子の機能解析が行われ報告されていますが、他の作物・植物の遺伝子の機能解析は、それほどは進んでいないというのが現状です。これまでの知見を効率的に利用するには、これまで得られたいろいろな植物の遺伝子解析からの知見を、他の植物・作物にあてはめていくことが重要になります。しかしながら、ゲノム情報は膨大で、しかも、種を超えると、どんどんアミノ酸配列が変化するので、同じ機能を持つと推測されるタンパク質をコンピューター上の情報から選び出して、整理整頓することは、非常に手間がかかり、研究者個人がパソコンを片手に解析するのは効率的ではありません。そのため、遺伝子機能の研究者は、これらの情報解析に多くの時間を費やしているのが現状でした。そこで、農業生物資源研究所は、タンパク質のアミノ配列の類似性を指標に、膨大なゲノム情報を比較し、非常に簡単な操作・短時間で、同様な遺伝子機能をもつであろう遺伝子を種を超えて推定することができるゲノムデータベースを作成しました。このデータベースにより、遺伝子機能解析を効率的に進めることが可能になります。

【開発内容】
 膨大なゲノム情報を効率的に情報解析するには、大型の高速コンピュータを使った計算をし、その結果をデータベース化しておき、ニーズに応じて、検索し、閲覧することが必要です。今回の比較ゲノムデータベースの作成では、まず、主要作物であるイネ、実験植物であるシロイヌナズナ、比較対照の紅藻の3種類の植物について全ゲノム情報を整理整頓しました。そして、ユーザーの方が一目で判断できるように、タンパク質の違いを色違いでビジュアル的に簡単に分かるように表示しました。また、今回、このデータベース開発を行うために、新規なアルゴリズムを開発、特許出願もしました。名前も親しみやすいように、SALAD database(サラダ データーベース)としました。SALAD(Surveyed conserved motif ALignment diagram and the Associating Dendrogram) database (Ver.1)の略です。 以下に特徴をまとめます。SALAD databaseを利用することにより、多くの研究者が自分の知りたいゲノム(遺伝子)情報を、簡単に得ることができ、研究の効率化を進めることができるようになると考えられます。
 1.タンパク質のアミノ酸配列が似ているかどうかで種を超えて遺伝子を整理整頓。
 2.全遺伝子情報・タンパク質情報を処理したデータを内蔵している。
 3.いろいろな検索機能。
 4.簡単操作。カラフルなビジュアル表示。
 5.より専門的な詳細な情報も解析可能。
 今回の研究は、農林水産省委託プロジェクト研究「アグリ・ゲノム研究の総合的な推進」の「多様性ゲノム解析研究」(課題番号GD1003)で実施したものです。

 この成果の一部はすでに「井澤 毅・藤宮 仁 遺伝子クラスタリング装置、遺伝子クラスタリング方法およびプログラム 特願2007-060745」として特許出願をしています。

【今後の展開】
 研究者はSALAD databaseを利用することで、機能が似ていると推定される遺伝子情報をすばやく検索できます。現在のSALAD databaseには、イネ、シロイヌナズナと紅藻のアミノ酸配列(遺伝子)情報(合計で約84,000個)が入っていますが、今後は、随時、公開された対象ゲノム情報を増やしていき、研究者の解析効率をさらに上げるため、いろいろな植物の遺伝子情報が一緒になったサラダデーターベースを構築していく予定です。

作物の遺伝子を思い通りにピンポイントで改変することに世界で初めて成功(2007/9/13)
 農業生物資源研究所とクミアイ化学工業は、イネが持っている遺伝子を意図した通りにピンポイントで改変することに成功し、これまでにない高度な除草剤耐性を示すイネを作出した。このような改変方法で植物体の作出に成功した例は、作物で世界初。
 本研究では、イネの培養細胞から除草剤ビスピリバックNa塩(BS)に対して耐性を示す遺伝子(元の遺伝子上の2点が変異して生じた)を単離し、染色体上の元の遺伝子があった位置に、ジーンターゲッティングという方法でその耐性遺伝子を元の遺伝子と入れ替えるように導入し、BSに耐性を示すイネを66個体得た。その約2/3の個体では、目的の遺伝子のみが導入され、染色体上の他の部分には変化が起きていないことが明らかにした。また、BS耐性の遺伝子をホモで持つ次世代のイネは、除草剤(BS)に対して強い耐性を示した。
 本研究ではイネの遺伝子に望み通りの突然変異を導入することに成功し、ジーンターゲッティングの手法により、作物遺伝子をピンポイントで改良できることを示した。デザインどおりの品種改良が可能になると期待される。
ジーンターゲッティング:生物は、遺伝子の暗号文(DNAの塩基配列)の相同性(部分的な同一性)を利用して、遺伝子を組換えるシステム(相同組換えシステム)を持っている。このシステムを利用し、核内の標的とする遺伝子を細胞外から導入した遺伝子と置き換える事をジーンターゲッティングと呼ぶ。

豚の背骨の数をコントロールする遺伝子を同定(2007/4/19)
 (独)農業生物資源研究所および(社)農林水産先端技術産業振興センター農林水産先端技術研究所の研究グループは、豚の椎骨(背骨を構成する骨)をコントロールする遺伝子を世界で初めて明らかにした。
 豚では、胸および腰にあたる部分の背骨(胸椎、腰椎)の数に、品種により19個~23個という大きな差異が見られ、椎骨の数が多くなるほど胴が長くなり、「ロース」にあたる部分の肉量が増すことが知られている。当研究グループは、このほどゲノム情報の詳細な比較解析により、豚の椎骨の数をコントロールする遺伝子座を同定した。家畜において、このように有用形質の遺伝子座の同定に成功した例は極めて珍しく、今後の品種改良に資する画期的な発見といえる。この成果はGenome Research誌電子版で本年4月6日より公表されている。
http://www.genome.org/

六条オオムギの起源が二条オオムギであることを発見(2007/1/17)
 (独)農業生物資源研究所を中心とする国際共同研究グループは、六条オオムギの起源は二条オオムギであり、穂の形を制御する遺伝子の領域に突然変異が生じて六条オオムギに進化したことを世界で始めて発見した。
 今回の発見は、イネ科作物の進化や栽培起源の研究ばかりではなく、作物の改良を進める上でも画期的な発見といえる。
http://www.nias.affrc.go.jp/

イネの遺伝子数を約32,000と推定(2007/1/9)
 (独)農業生物資源研究所は、産業技術総合研究所および大学共同利用機関法人 情報・システム研究機構 国立遺伝学研究所との3機関を中心とした国際共同プロジェクトRice Annotation Project(通称RAP)で、単子葉植物であるイネのゲノム全塩基配列上に存在する29,550の遺伝子の位置を決定し、これをもとにイネの遺伝子数は約32,000個と推定した。この数は、かつて約50,000個とも予想された数よりも小さく、ゲノムサイズがイネの約3分の1であるシロイヌナズナ(双子葉植物)の26,000~27,000個に比べても極端に大きなものでないことを示している。
 また、イネゲノム上の遺伝子のうち28,540がタンパク質をつくる遺伝子である可能性を明らかにするとともに、それらのタンパク質の機能をコンピューターによる情報解析と専門家のデータ精査で推定した結果、19,969(およそ70%)の遺伝子の機能を説明することができた。これらの情報は、データベースとして公開している。
 
http://rapdb.dna.affrc.go.jp
http://rapdb.lab.nig.ac.jp/

病原菌を認識し防御反応を引き起こす遺伝子をイネで発見(2006/7/27)
 (独)農業生物資源研究所、(独)理化学研究所、明治大学の研究グループは共同で、高等植物に病原菌への防御応答を引き起こすタンパク質(受容体タンパク質)の遺伝子を、イネを用いて世界で初めて単離することに成功した。
 植物病害のうち約8割はイネいもち病菌などの糸状菌(カビ)によって引き起こされる。糸状菌の細胞壁には主要成分としてキチンが含まれており、その加水分解産物であるキチンオリゴ糖は、イネ、オオムギ、ニンジン等の種々の高等植物において、病原菌などに対する防御応答を引き起こす物質(エリシターと呼ばれる)であることが知られていた。病原菌の成分として普遍的に含まれるエリシターは、病原菌の種類を選ばずに病害に対する高等植物の抵抗反応を誘導すると考えられ、植物に病害抵抗性を付与する戦略の重要なターゲットであるため、その認識機構の解明が待たれていた。
 今回、研究グループは、イネを用いて、このキチンオリゴ糖と結合し、病原菌への防御応答を引き起こすタンパク質(受容体タンパク質)を細胞膜から精製し、そのアミノ酸配列を解読。このタンパク質を「CEBiP(Chitin Elicitor Binding Protein)」と命名し、CEBiPの遺伝子を単離しその構造も明らかにした。

クワの葉の乳液に含まれる成分を解明(2006/1/23)
 農業生物資源研究所と食品総合研究所は、古代からカイコの餌として用いられてきたクワの葉がカイコ以外の昆虫に対して強い毒性と耐虫性をもち、それがクワの葉を傷つけたとき葉脈からしみ出る白い乳液に含まれる成分に起因していることを解明した。クワ乳液を分析した結果、糖代謝の阻害剤として知られる3種の糖類似アルカロイド物質が多量に含まれることが判明した。これらの物質はクワを食べない昆虫には強い毒性・成長阻害活性を示すが、カイコにはまったく影響がなかった。
 上記の糖類似アルカロイド物質は血糖値低下効果・糖尿病予防効果をもつ物質として知られており、本成果は植物乳液が医薬や農薬として有用な生理活性物質の宝庫である可能性も示している。今後この成果を契機に世界に何万種類も存在する乳液を出す植物から有用な生理活性物質の探索が進むものと考えられる。

カイコゲノム概要塩基配列の解読に成功(2004/2/25)
 農業生物資源研究所は、カイコの全ゲノム(5億塩基対)の塩基配列の解析を実施し、その80%に相当する塩基配列を解読することに成功した。今後、これらの情報を公開することにより、国内外の共同研究を発展させ、新しい農薬の開発や昆虫新産業の創出に大きく貢献したい意向。この結果は2月29日発行の「DNA Research」Vol.11, No.1(かずさDNA研究所)に掲載。