Research press release

【ゲノミクス】再生研究にヒントをもたらす小さなゲノムと大きなゲノム

Nature

Genomics: Little and large genomes hold regeneration clues

メキシコサラマンダー(Ambystoma mexicanum、通称アホロートル)と扁形動物のプラナリア(Schmidtea mediterranea)のゲノムについて報告する2編の論文が、今週掲載される。これら2種類の生物の再生能力の遺伝的基盤を解明するための新たな手掛かりがもたらされる。

アホロートルは外肢全体を再生できるのに対し、プラナリアは細かく切り刻まれても体全体を再生できる。こうした再生を可能とする仕組みを解明することは、その根底にある遺伝的機構を探究する研究者の長年の目標になっていた。

今回Elly Tanakaたちの研究グループが塩基配列解読を行ったアホロートルのゲノムは約320億塩基長で、ヒトゲノムの10倍もの大きさであり、これまでに組み立てられたゲノムの中で最大のものだ。Elly Tanakaたちは、将来の研究対象の候補として、再生中の四肢の細胞で大量に発現する遺伝子とマイクロRNA配列を挙げるとともに、多くの動物の発生に必須の遺伝子(Pax3)がアホロートルのゲノムに存在しないことを明らかにした。

一方、Jochen Christian Rinkたちは、約8億塩基長であるプラナリアのゲノムについて報告しており、これは以前に発表された概要ゲノムを改良したものだ。プラナリアのゲノムには、ヒトとマウスの124個の必須遺伝子が欠如しており、例えば、DNA修復に関係する遺伝子と細胞分裂時の正確な染色体の分離に役立つ遺伝子がない。

モデル生物であるアホロートルとプラナリアのゲノムには、反復DNA配列が非常に多く含まれており、そのためゲノム解析が難しい。2つの研究グループは、新しい計算手法を用い、長鎖配列解読技術を併用することで、ゲノムアセンブリの改良を実現した。過去の研究では、胚発生と幹細胞活性に関与することが知られる複数の反復配列がイベリアトゲイモリの再生と関連することが明らかになっているため、この反復配列がこれら2種類のモデル生物において類似の役割を担っているのかどうかが分かれば興味深い。

The genomes of the Mexican axolotl (Ambystoma mexicanum) and the planarian flatworm (Schmidtea mediterranea) are reported in a pair of Nature papers this week, shedding light on the genetic bases of the regenerative abilities of both organisms.

Axolotls are able to regenerate whole limbs, whereas planarian worms can regrow entire bodies even after being minced into hundreds of pieces. Understanding how this is possible has long been a goal of researchers, who seek the underlying genetic mechanisms.

At 32 billion bases long, the axolotl genome, sequenced by Elly Tanaka and colleagues, is ten times the size of the human genome, and is the largest genome assembled so far. The researchers highlight genes and microRNA sequences whose expression is highly enriched in the cells of regenerating limbs as candidates for further study, and show that Pax3, a gene that is essential for development in many animals, is absent in axolotls.

By contrast, the genome of the planarian worm, reported by Jochen Christian Rink and colleagues, is about 800 million bases long, and improves on earlier draft genomes for this species. Some 124 genes that are essential in humans and mice are absent from the worm genome, including genes involved in DNA repair and others that help chromosomes separate correctly during cell division.

Both genomes contain a high level of repetitive DNA sequences, a feature that made their genomes more difficult to analyse. The authors used a new computational method that, together with long-read sequencing, allowed for an improved genome assembly. Certain repetitive sequences, which are known to be involved in embryonic development and stem cell activity, have previously been linked to regeneration in the Spanish newt, so it will be intriguing to learn whether they have a similar role in these two model organisms.

doi: 10.1038/nature25473

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