20年前の今日、中国の科学者たちはカイコのゲノムの枠組み地図を世界で初めて描きました。

2003 年 11 月 15 日、中国の科学者たちはショットガン シーケンシング法を用いて、世界初のカイコゲノムのフレームワーク マップを完成させました。これは、ヒトゲノムの1%の配列解読とイネゲノムの枠組み地図と詳細地図の完成に続き、中国の科学者が人類に貢献した3つ目のゲノム研究の大きな成果である。

世界初のカイコゲノムのフレームワークマップ

1940年代からの研究は200冊以上の黄ばんだマニュアルに記録されており、現在までに700以上のカイコの遺伝子システムが存在します...西南大学カイコゲノム生物学国家重点実験室では、養蚕遺伝子育種の専門家で中国工程院院士の項忠淮氏と彼の指導者である江同清教授がチームを率いて、世界最大のカイコ遺伝子資源バンクを設立しました。これを基に、チームは高品質で高収量のカイコの品種を数多く育成し、そのうちのいくつかは今日でも広く使用されています。

研究室には特別な「宝物」もあります。それは、赤と青が交互に並んだ、長さの異なるバーコードのグループがいくつか並んだ、長さ数メートルの巻物です。これは世界初の高品質なカイコゲノムのフレームワークマップです。

「あらゆる生命の謎は遺伝子の塩基配列の中に隠されている。」このフレームワーク図を前に、項仲淮氏は、蚕は基本的な生命システム、エネルギー代謝、遺伝様式において人間と大きな類似点を持っていると感慨深く語った。また、チョウ目のモデル昆虫として国際的にも認められており、農林業害虫の70％もチョウ目に属します。そのため、カイコゲノムの研究は、新しいシルク産業、バイオ医薬品、農林業の害虫駆除、医療生物学の発展に広範囲にわたる影響を及ぼします。

カイコのゲノム研究をめぐる国際競争は、実はずっと以前から始まっていた。 20世紀に養蚕で世界をリードしていた日本は、2003年3月に日中協力協定を一方的に終了し、独自にカイコのゲノムの解読を開始した。この厳しい国際競争に直面して、項仲淮は死ぬまで戦うことを決意した。 「ゲノム研究は学術水準の向上と産業発展の基盤です。主導権を握った者が全てにおいて先行するでしょう。」

2003 年 6 月初旬、チームは北京ゲノム​​研究所に移り、両者は緊急にカイコゲノム配列決定プロジェクトを開始しました。 「全員が平均して1日10時間以上働き、弁当を食べ、床で寝て、休みなく働いていました。その後、疲労から病気になる人も多かったのです。」当時の状況を思い出すと、項仲淮の目は潤んだ。

8月25日、チームは予定より5日早く550万件のシーケンス反応を完了しました。 10月7日、組み立てと接合が完了しました...400人以上の科学研究者が150日以上昼夜を問わず作業した後、11月15日、重慶市政府は記者会見を開き、中国の科学者が世界初のカイコゲノムの枠組み地図を完成させたと発表しました。

「21世紀シルクロード」の出発点とマイルストーン

バイオインフォマティクス解析によると、カイコには約2万個の遺伝子がある。中国の科学者らはショットガンシーケンシング法を用いて、合計16,948個の完全な遺伝子と7,285個の遺伝子断片を解析した。そのうち約6,000個の遺伝子は新たに発見されたものである。研究チームはまた、カイコゲノムの構造特性、遺伝子構成、進化、比較ゲノム学の分野で非常に価値のある理論的成果を数多く得ました。コンピューターアセンブリとデータ分析の結果、ゲノム配列決定は6倍のカバー深度を達成し、得られた配列はカイコゲノムの95.54％をカバーし、精度は99.95％であり、高品質の作業フレームワークマップの要件を完全に満たしていることが示されました。

中国は世界の絹産業発祥の地です。現在、現代科学技術を核とし、ゲノム研究をプラットフォームとし、カイコを起点として、養蚕技術の突破、チョウ目農林害虫の駆除、生物医薬品の開発を主な内容とする「21世紀シルクロード」を模索・構築することが各国の養蚕科学者の間で共通認識となり、この目的のために熾烈な国際競争が繰り広げられている。

項仲淮氏は「わが国は世界初のカイコゲノムの枠組み地図を公開した。これはわが国がカイコゲノム研究で世界をリードしていることを意味し、また『21世紀シルクロード』構築の出発点であり、画期的な出来事でもある」と述べた。

カイコのゲノムは4億5000万塩基対で、これはヒトゲノムの約7分の1、イネゲノムよりわずかに大きい。しかし、研究者たちはcDNAライブラリの構築からフレームワークマップの配列決定とアセンブリまでのすべての作業をわずか5か月強で完了し、ゲノム研究の最速記録を樹立しました。また、ゲノム配列解析技術を最適化し、研究コストを大幅に削減し、フレームワークマップの品質と精度を向上させました。

「千匹のカイコゲノム」の解析には数年かかりました

カイコ（Bombyx mori）は、重要な経済昆虫であり、新たなモデル生物です。しかし、これまでは単一の参照ゲノムと部分的な再配列しかなく、ゲノム変異や優れた遺伝子の詳細な調査をサポートするには不十分であり、特に分子育種においては大きな制限がありました。そのため、カイコ遺伝資源のゲノムをデジタル化し、カイコのスーパーパンゲノムマップを構築することが特に重要です。

2003年にカイコゲノムの枠組み地図が完成して以来、科学界はより完全で詳細な地図を描くことを目指して、カイコゲノムの配列解析研究を継続的に行っています。しかし、カイコ集団のゲノムに関するこれまでの研究では、数十または100を超えるサンプルしか使用されておらず、すべてが第2世代のシーケンス技術に基づいていたため、シーケンスの読み取り長が短く、サンプル数が少なく、得られる情報が限られていました。第三世代のシーケンシング技術の成熟により、全ゲノム研究が可能になりました。

カイコゲノム生物学国家重点実験室所長で、国家養蚕産業技術システムの主任科学者である戴方銀教授と彼のチームは、4年をかけて1,078匹のカイコの遺伝資源のディープシーケンスを実施し、世界初のカイコのスーパーパンゲノムマップを作成した。

「これら 1,078 種のカイコ遺伝資源は、「シルクロード」沿いの主要なカイコ地域と、世界の代表的なカイコ遺伝資源の 90% 以上をカバーしています。サンプル サイズが大きく、カバー範囲も広いです。」戴方銀氏は、この「千匹の蚕ゲノム」には、野生蚕47種、在来蚕205種、実用種194種、突然変異種632種が含まれていると紹介した。

このプロジェクトでは、1,000以上のサンプルの配列を決定し、そのうち545の代表的なリソースに対して第3世代の配列決定を行い、545匹のカイコの高品質なゲノムを組み立て、カイコの最も広範な遺伝的変異情報を取得しました。このスーパーパンゲノムには、カイコと野蚕の最も包括的なゲノム情報が含まれています。これは、現在までに世界中の動物と植物で最大のロングリードパンゲノムであり、また、最高品質のカイコゲノムマップでもあります。

「カイコスーパーパンゲノムの完成は、カイコ育種のボトルネックを打破し、カイコ分子育種の新時代を告げるだろう。」項仲淮氏は、これは過去1世紀における蚕研究における最大の成果であると指摘した。これにより、養蚕業は情報化時代に入り、カイコの機能ゲノム科学と分子育種研究に新たな章が開かれ、蚕糸産業の活性化に向けた科学技術支援の新たな出発点となった。

研究チームは、カイコゲノムのこの「デジタル辞書」を使って、カイコのさまざまな遺伝的変異、個体群構造、人工選択、生態学的適応性、経済的特性について詳細な研究を行い、カイコ研究の多くの謎を解明しました。