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(2018年12月12日更新) [ 日本語 | English ]

遺伝学 (Genetics)






有珠山 / サロベツ泥炭採掘跡
1986年, 2006年の有珠山火口原. ワタスゲ・エゾカンゾウ

優生学 (優生思想) eugenics

1883 Galton, Francisが用いた: 良い種のギリシア語起源

人間の性質を規定するものとして遺伝的要因存在 → 因果関係を利用したりそこに介入
人間の性質・性能の劣化を防ぐ + 積極的にその質を改良する学問的立場、社会的・政治的実践

19C後半-20C: 全世界で大きな動き

強制的不妊手術 + 施設への隔離収容 等

現在: 選択的出生前淘汰の是非 + 遺伝子技術進展 = 優生思想否定
索引

基礎遺伝学 (fundamental genetics)


メンデルの法則 (Mendelian rules or laws)

メンデルの実験 Mendel's experiment
材料: エンドウ – 誰でも明らかに区別できる色々な形質持つ → 7形質選び交配実験

対立形質__対立遺伝子 allele
〇 (丸):____優性 dominant, A
☆ (皺):___劣性 recessive, a

対立形質: 形質遺伝に関し対になったもの(アルファベット表記)

体細胞上に遺伝子は2個づつあり、生殖細胞には1つある

優性の法則 dominance law
形質の異なる親が支配できるF1には一方の形質のみが表れる(適用できない例多)

Parents__AA [A(生殖細胞)] × ☆aa [a]
_________________________|
F1______________________Aa ⇒ 優性の法則
____________┌─────────┼─────────┐
F2__________〇5474____________________☆1850

→ 3 (AA + Aa + Aa) : 1 (aa)

F1AaのときのF2の表れ方
    ♂♀   A     a
    A      AA    Aa
    a      Aa    aa
雄蕊 stamen、雌蕊両方に上の表の確率で生殖細胞が作られる
→ 子は3:1で表れる(分離の法則) → 実験結果を良く説明
分離の法則 segregation law
F1生殖細胞形成の際、Pから来た対立形質を示す遺伝子が、それぞれ分離し別々の細胞に均等配分されるため、最初の父方と母方の形質が分離し表れる。体細胞には遺伝子が2個あり、生殖細胞形成時に1個づつ分離されることによる

表現型 phenotype: 実際に表れる形質。Ex. 種子形  丸/皺

→ フェノミクス(網羅的表現型解析) phenomics

遺伝子型 genotype: アルファベットの並び方 Ex. AA = 優性ホモ homo、aa = 劣性ホモ、Aa = ヘテロ hetero

                  丸・黄  角・黄  丸・緑  角・緑    計
        観察値       315     101     108      32   556
        遺伝子群      AB      Ab      AB      ab
        理論値         9:      3:      3:      1
独立の法則 independent-assortment law
各形質は他の対立形質に左右されず独立に遺伝
             AB    Ab    aB    ab
    AB      AABB  AABb  AaBB  AaBb
    Ab      AABb  AAbb  AaBb  Aabb
    aB      AaBB  AaBb  aaBB  aaBb
    ab      AaBb  Aabb  aaBb  Aabb
    表現型  [AB]  [Ab]  [aB]  [ab]
              9     3     3     1

丸:角 = (315 + 108):(101 + 32) = 423:133 ≈ 3:1 = (9 + 3):(3 + 1)
黄:緑 = (315 + 101):(108 + 32) = 416:140 ≈ 3:1 = (9 + 3):(3 + 1)

単性雑種の応用

1) 不完全優性(中間雑種): 不完全優性 = Aaの差がない

Ex. マルバアサガオの花色
P_____________AA (red) × aa (white)
______________________|
F1_________________Aa (pink)
_________┌─────────┼─────────┐
F2_____AA (red) = 1___Aa (pink) = 2___aa (white) = 1

2) 致死遺伝 lethal gene

Ex. ハツカネズミの体色
P____________AA (yellow) × As (yellow) _________┌──────────┼─────────┐
F1____AA (death) = 1__Aa (yellow) = 2__aa (black) = 1

A: 黄色遺伝子。ホモ(AA) = 劣性致死遺伝子
a: 黒色遺伝子

3) ABO式血液型遺伝 ABO blood type: 1対立遺伝子に3種類の遺伝子

(A, B, O)関与 = 複対立遺伝子

1901 ラントシュタイナー: ABO式血液型発見

血液凝着

異種血球凝着反応: 異種動物血液を混ぜると凝着する
同種血液凝着反応: 同種動物血液を混ぜると凝着する場合がある

20数名の血液型間の凝着有無を調べる – 始め3型(A, B, AB)を発見し、後に1型(O)を加える
凝着反応を起こすのは[A - α] or [B - β]が共存したときである


  血液型                               A    B    AB    O

  凝着原(赤血球表面) - 抗原にあたる    A    B    AB    なし
  凝着素(血清中) - 抗体にあたる        β   α   なし  α, β

血液型には凝着原の名前がつけられた

判定法:
    標準血清                           凝集反応
    A型血清(βを持つ): 抗B血清 = 黄色  –  +  +  –
    B型血清(αを持つ): 抗A血清 = 青色  +  –  +  –
    血液型                             A  B  AB O

Ex. 40人学級で調査: 抗A型血清反応+ = 12人、抗B型反応+ = 20人、両方+あるいは– = 16人
このときの各血液型の人数 → A(型) + B = 12, B + AB = 20, AB + O = 16, A + B + AB + O = 40
A. A = 16(人), B = 8, AB = 4, O = 12

輸血: 輸血した血液型と受血者の血液が凝着しないように行う

◎輸血する血液の凝着素(血清中)と受血者の凝着原(血球上)で凝着するとき
→ 血清は薄くなり凝着を起こしずらくなる(むろん大量輸血は不可能)
×輸血する血液の凝着原(血球上)と受血者の凝着素(血清中)で凝着するとき
→ 輸血した血球の全てが凝着する

              ↗ AB ↖ ↔ AB
        A ↔ A  ↑   B ↔ B
              ↖ O  ↗ ↔ O
Rh式血液型
1937 Landsteiner: アカゲザルMacacus rhesuesの赤血球をウサギに接種し抗体を作らせる
1940 Landsteiner & Wener: その抗体(抗Rh式血清)を利用して調査

抗Rh血液 → アカゲザルの血液: 凝着(+) → ヒトの血液(+ or -)

凝着(+) = Rh+型 → Rh因子Rh factor (アカゲザルと共通起源)を持つ ↔ (–) = Rh型 → 持たない

輸血の問題点
1. Rh-の人への輸血

Rh+ → Rh-血液(Rh因子がない)
Rh- → Rh+血液: 自分で持たないRh因子侵入しRh因子に対する抗体形成。輸血2度目以降に抗原抗体反応による害作用

2. 血液型不適合

Rh式血液型はメンデル遺伝をする: Rh+ = 優性、Rh- = 劣性
Rh-の母親の血液中にRh因子に対する抗体が作られ、子の血液を溶血する = 抗原抗体反応

その他の血液型: 血液型は犯罪証明、親子鑑定等に利用される

MN式、Q式、E式
S式: 分泌型(S)、非分泌型(s)がある。日本人はSが75%

両性雑種dihybridの応用

両性遺伝: 遺伝子の相互作用
1) 補足遺伝
互いに補足的に働く遺伝子

Ex. スイートピー花色
P____AABB (violet) × aabb (white)
__________________|
F1_____________AaBb (violet)
______┌────────┴───────┐
F2___[AB] (violet) = 9_____[Ab][aB][ab] = 3 + 3 + 1 = 7 (white)

A: 紫色色素を作る遺伝子
a: 紫色色素を作れない
B: 色素を作る酵素を作る遺伝子
b: 酵素を作れない
A, Bが共存して紫になる

Ex. ニワトリのトサカの遺伝
P_______RRpp (rose) × rrPP (pea)
___________________|
F1___________RrPp (rose)
_____┌──────────┼─────────┬────────┐
F2_クルミ冠 [RP] = 9_バラ冠 [Rp] = 3_マメ冠 [rP] = 3_単冠 [rp] = 1

R: バラ冠を作る遺伝子
r: 単冠となる
P: マメ冠を作る遺伝子
p: 単冠となる
PRが共存するとクルミ冠になる

2) 抑制遺伝 inhibitor

Ex. カイコの繭色
P________AABB (white) × aabb (white)
____________________ |
F1_______________AaBb (white)
_________┌────────┴───────┐
F2______White_________________Yellow
____[AB][Ab][ab] = 9 + 3 + 1_______[aB] = 3

A: 色が作られるのを抑える遺伝子(抑制遺伝子)
a: 抑制力がない
B: 黄色を作る遺伝子
b: 黄色ができない(白色になる)遺伝子
ABではAが強くBの働きを抑制する

3) 同義遺伝 multiple gene system
同形質を支配する2対以上の対立遺伝子があり、そのいずれか一つの遺伝子が優性であれば、優性の形質を示す遺伝現象がある。このような遺伝子

Ex. ナズナの果実形
P___ウチワ型 T1t1T2t2
__________┌─┴───────────────────┐
F1______団扇型________________________槍型
___[T1T2] + [T1t2] + [t1T2] = 9 + 3 + 3 = 15___[t1t2] = 1

T1, T2: 団扇型遺伝子
t1, t2: 槍型遺伝子
1形質を決定するのに幾つかの遺伝子が関与し皆同じ働きを持つ

4) 条件遺伝

Ex. カイウサギの毛色
P_____CCGG (grey) × ccgg (white)
__________________|
F1_____________CcGg (grey)
_______┌─────┴───┬───────────┐
F2___Grey [CG] = 9__Black [Cg] = 3__[cG] + [cg] = 3 + 1 = 4

C: 着色遺伝子(= 条件遺伝子)
c: 白色遺伝子
G: 灰色遺伝子
g: 黒色遺伝子(Gに対して劣性)
GCの存在を条件として働く

細胞分裂 (cell division)


体細胞分裂 mitosis

体を作る細胞が数を増すとき。染色体数は変化しない。2n → 2n
静止期(G1)
体細胞分裂をしていない。物質交代が盛ん

↓ 終期頃: 物質交代盛ん。DNA複製起こる(核が普通の細胞の倍になる)

分裂期(M) = 前期 + 中期 + 後期 + 終期
前期: 核膜、仁消える。染色体表れる。紡錘体spindle作られる

植物: 極帽(動物の中心体に相当)表れ、紡錘糸を張る
動物: 中心体が両極に移動し紡錘糸を張る(両極に移動した中心体を星状体と呼ぶ)

中期: 染色体が赤道面に並ぶ

染色分体の動原体 (centromere or kinetochore)に紡錘糸が付着
cell division

後期: 染色体が完全に縦裂して両極へ移動

cell division

終期 (前期と終期はちょうど逆の動きをする)

紡錘体消える。染色体消える → 核膜、仁表れる
(→ 細胞質分裂cytokeinesis, cf. 細胞分裂c ell division)
植物: 細胞板(ペクチン質の薄い膜)が発達し、セルロースが付着する
動物: 両側から括れが入り2分される

→ 静止期に戻る
自己増殖系: ミトコンドリア、葉緑体などは自分で数を増やす

減数分裂 meiosis

生殖細胞を形成するとき。染色体数は半分になる。2nn

半減 → 遺伝子組み替えの多様化 crossing-over (組み替え)

対合 pairing: 相同染色体の crossing-over

cell division
crossing-over_________配偶子に配られる際4種の配偶子形成

バクテリア bacteria: 栄養状態がよければ永遠に分裂

分裂環 division cycle ⇔ 生活環 cell cycle

単細胞の場合には一致、多細胞の時には異なる

非分化: 増殖能力のある細胞 ⇔ 分化: 非増殖能力のある細胞

1964 Le Blond
  1. Static population: adultになると増えない。増殖時は4 cycle、それ以外は2Cで停止
  2. Expanidng population: 若いうちに増殖し組織を構成。Adultになるとほとんど停止。ただし、肝臓のように一部切除しても修復するので(1)とは異なる
  3. Renewing population: 一般の細胞、分裂と細胞死が一定速度
MammalでありながらBacteriaと同様なもの

Hela cells, L-strain (mouse)

1907 Ehrich: マウス腫瘍細胞をマウス腹水中で増殖

→ 何か本質的essentialなものを与えれば細胞は延命する

1940 カレル: ニワトリ胚で同様な結果
1961 ヘイフリック

4ヶ月の胚の肺から組織を取り出し細胞を観察 → 50回分裂後死亡
(20歳では20回分裂後死亡 → 20歳までに30回分裂)
この肺細胞をm回分裂させた後に培養し再び分裂させると(50 – m)回で死亡
→ 分裂回数はプログラムされている

カルス callus
分化をキャンセルすると再び増殖可能 → ニンジンの組織培養(脱分化)

オーキシンにより制御 = オーキシンを制限すると1個体になる

Radioautography: Strip method, Dipping method
1955, 56 Mazia & Plaut: 14C-thymidineを始めて使用 (現在は3Hが一般的)

DNA合成素材 (N-bases, i.e., A, G, C, T, phosphate, deoxyribose)
T: 放射性元素が入りやすく、一般的に用いられる
これらの放射性物質が何に取りこまれているかを精製し調べる
32P: 放射能が全細胞にわたってしまう - DNAのみに入るのではない
3H: pin pointとして表せ、安全性も高い – DNA合成の場を調べるにはあまり拡散しない元素がよい

1954 Taylor & McMaster, 1955 Moses & Taylor: Vicia fava

DNA合成が間期interphaseに起こることを示す
32P-orthophosphat使用
cell cycle = 24 h, mitosis = 2 h
DNA synthetic period = 6-8 h
→ ラジオアイソトープし、それが取りこまれた段階をもって複製を行なったと推定

cell division 1964 Evans & Scott: Vicia fava

細胞周期決定
根rootを3H-TdRに3 h
→ 32時間後まで各時間に根端固定しradioautography → 分裂像の頻度は全体の約10%
→ M = T(1回の細胞周期) × 1/10

1958 Herbert & Taylor: Vicia fava

染色体レベルの複製様式
根端細胞 root tip cell + 3H-thymidine
→ 1st mitosisでは姉妹染色体はともにラベルされるが2回目の分裂中期では片方だけにラベル
→ semi-conservative replication: chromosome: pre-replication / chromatid: post-replication

1967 Stern & Hotta: Trillium

DNA合成後のmeiosisで3H-TdR → 3H-TMPとなるかどうか(thymidine kinase活性)を調べる
→ 新しくタンパク質を合成 – DNA制御

1965 Tanaka: Spiranthes sinensis, Pellia nesiana

heterochromatinは最初にできる例を発見

1966 Brown: 染色体がcondensedするとinactiveになる → single activeで可

条件次第で2本のどちらがcondensedしinactiveになる
nucleolus = GC rich DNA – 染色体になる位置は決まっている

1968 Caspersson: Quinacrine mustard, Urcidine orange → Q-band
1971 Summer & Carnoy: SSC (acetic acid/SSC/Gimsa) → G-band

核分裂 nuclear division or karyokinesis と

細胞質分裂 cytoplasmic division or cytokinesis

一連の分裂過程であるが全く別の現象と捉えることができる - 多核現象・重複受精
内胚乳 endosperm で分裂はsynchronizedしている
前減数と後減数
一般に前減数であるが、単子葉植物のスズメノヒエ属などで後減数が見られる
cell division
相 phase
cell division

二次狭窄 secondary constriction

Metaphase cells of Vicia fava (2n =12), Somatic cell

metaphaseでchromosomeは1本に見え、その前後では対をなして見える。これは2本のchromosomeがうまくcoilしているためと考えられる。核小体は細胞質中にあったものが再発現
→ nucleousの消失・発現reappearance - immature nuscent ribosome’s particleであるがそのまま染色体上に写っていた。(放射線追跡では後に各核の上へ行きimmatureで表れる)

Nucleolar organizing region (NOR): X線処理による切断

核小体が集中しよく染色しない

--------------------------------- 5S r-RNA
---------------- -----------___ mature
28''r-RNA___18S r-RNA

45Sが切れ18S, 28Sになる途中のものは全てimmature RNA
→ 前期の核小体にあるのはimmature

一価染色体の行動
cell division 3通り確認された
赤道板外に配列(第I分裂中期) → 第II(I)分裂後期
任意分配あるいは縦裂分裂
  1. Drossera type
    I後: 任意分配、縦裂なし
    II後: 縦裂して分離
  2. Triticum type
    I後: 縦裂して分離し等しく分配。すなわち、2価染色体分配後、赤道板に並び分裂し両細胞に等しく 分けられる
    II後: 任意分配
  3. Pilosella type
    I後: 混合型
    II後: 混合型
多価染色体の行動

多価染色体: 3個以上の染色体の対合。対合のためには、相同的な位置(キアズマ)の存在が必要であり、以下に示すパターンが殆どとなる
3価の例
cell division
4価の例
cell division

構造雑種

オオマツヨイグサ: 2n = 14の減数分裂の際にみられる対合

cell division
対合パターンを見てみるとx = 7 = 5 + 2という相同染色体を有しているのではないか(花粉稔性50%)

サンショウモ: 2n = 9

cell division
(花粉の稔性50%)

→ → →

cell division
輪状型あるいは環状型____________ジグザグ型

(12, 14)/(23, 24): 1が存在しない = 不稔 (12, 43/14, 23): 全てそろう = 稔性有

→ この比率が花粉の稔性の出現率を決定している
理論上は、輪状型:ジグザグ型 = 2:1だが実際はほぼ1:1で起こる
cell division 致死遺伝子を防ぐ
このようにして形成された遺伝子型を構造雑種 structural hybridity という

逆位異型接合体 inversion heterozygosity
cell division cell division
多糸期分析 pachytene analysis

ここで交叉の起こったときに4つのクロマチンの遺伝子配列パターンを見る
1. ----○---------------------------○-----
___e____d___b___c___d____e

2ヶ所に動原体があり重複有 → 染色橋chromosome bridgeの形成(動原体が2つあるため両極に引かれる)

2. -------------------------○-----
___a____b___c___d___e
3. ---------------------------
___a____b___c___a

動原体がなく欠損している → 遅滞染色体 laggards

4. -------------------------○-----
___a____b___c___d___e


観察


染色体 chromosome

染色体識別に最も良い時期は染色体がcompact構造をとり表れる分裂中期

体細胞分裂: 2n個染色体 ⇔ 減数分裂: n個の二価染色体が現れる

核型
中期染色体観察 → 大きさ・動原体位置・二次狭窄や付随体の有無

→ 個々染色体識別 → 核型決定
二次狭窄や付随体は見られない場合が多いので、染色体長、特に(長腕長)/(短腕長)比が識別手掛かり

表. (長腕長)/(短腕長)比による染色体型区分
  • 1.0-1.7: 中部動原体的 metacentric
  • 1.7-3.0: 次中部動原体的 submetacentric
  • 3.0-7.0: 次端部動原体的 subtelocentric
  • > 7.0: 端部動原体的 acrocentric
  • ∞: 末端動原体的 telocentric

種々要因に対する染色体の部分的反応差を利用し現れる分節構造により更に詳細な染色体識別も可能
オオバナノエンレイソウでは低温により染色体に分節的構造現れる。また、タンパク分解酵素等の作用によって染色体にbandが現れることが知られ、特に動物染色体の研究に利用される

染色体観察に適した材料
  • 体細胞分裂: Vicia faba, Allium cepa等の根端、動物培養細胞等
  • 減数分裂: Trillium kamtschaticum, Paris hexaphylla等の葯(花粉母細胞)等
方法
成長中根端: アセトアルコール固定、1 N塩酸60°C加水分解(時間は材料による)、フォイルゲン染色後、スライドグラス上で材料を押し潰し細胞を散らし観察
葯: 葯の内容(花粉母細胞)をスライドグラス上に取り出しアセトカーミン染色し観察
観察スケッチ: 染色体がよく分散し区別しやすい細胞を選び観察
  1. 減数分裂
    1. 第I分裂中期か、第II分裂後期か、等分裂時期判定
    2. できるだけ、第I分裂中期細胞を観察し各染色体形態を調べ、二価染色体数確認
    3. 第I、第II分裂を通しての染色体の動きを観察
  2. 体細胞分裂
    1. 中期染色体形態を調べ、染色対数(2n)確認
    2. 分裂を通しての染色体の動きを観察
Ex. 1. 目的: Paris hexaphylla葯染色体を観察し減数分裂過程を理解する。既成プレパラートにより補い理解を深める(May 120 1981)
材料: P. hexaphylla葯の分裂細胞及びその前後段階の細胞。既製プレパラート
方法:
  1. 葯を花から取り出す
  2. スライドガラス上で葯を押しつぶし花粉母細胞取り出す
  3. アセトカーミンを1滴たらし固定染色を行う
  4. カバーガラスをかけ細胞分裂段階を観察スケッチする
  5. 不足分を既製プレパラートで観察、スケッチし補う
Ex. 2. 減数分裂の中期染色体構造に及ぼす金属イオンの影響 [pollen mother cell' R.D. (Trillium)]
Ex. 5. 化学物質が細胞分裂に与える影響 effects of 5-amino colchicine on cell division

[ 生殖 ]

細胞遺伝学 (cytogenetics)


染色体細胞学 (chromosome cytology)

性染色体 (sex chromosome)

性染色体 sex chromosome: 性決定遺伝子が存在 = (X, Y), (Z, W) ⇔
常染色体: 性染色体以外の染色体
I: 雄ヘテロ
雄が異なる性染色体を1本づつ持つ → 性染色体をX, Yと表わす
a. XY型
P_細胞体_________生殖細胞_______F1_細胞____Ex. sex
b. XO型
sex
II. 雌ヘテロ
XY型の♂♀の遺伝子型が逆転した形 → 性染色体をZ, Wと表わす
c. ZW型
sex
d. ZO型
sex
伴性遺伝 sex controlled (sex-linked) inheritance
遺伝子が性染色体(X or Z)にある場合

X: ♂ = 多く表れる。♀ = 少なく表れる
Z: ♀ = 多く表れる。♂ = 少なく表れる

Ex 1. 赤緑色盲遺伝: ♂ = 1/20, ♀ = 1/200

♂ XY: XnY = 正常, XbY = 異常
♀ XX: XnXn = 正常, XnXb = 正常 (潜在者), XbXb = 異常

Ex. 2. 血友病: 血小板上にトロンボキナーゼ(トロンボプラスチン)が不足
Ex. 3. ショウジョウバエ白眼
伴性遺伝の結果は正逆交雑(相反交雑, 相反交配) reciprocal cross の結果が異なる

相反雑種reciprocal hybrid

十文字遺伝: 伴性遺伝のF1で、父の形質が娘に、母の形質が息子に表れる
限性遺伝
遺伝子が性染色体(Y or W)にある場合

限雄性遺伝 = XY型: ♂のみに表れる
限雌性遺伝 = ZO型: ♀のみに表れる

Ex. 1. グッピー(XY型)の斑紋 – 雄のみに斑紋が出る
Ex. 2. カイコ(ZY型)の体色
不完全限性遺伝: XY染色体上に遺伝子がある
Ex. メダカの体色
従性遺伝
遺伝子は常染色体上にあり、性ホルモンの働きで形質の優劣決まる
Ex 1. ヒトの若ハゲの遺伝
    P       ♀        ×       ♂
    F1       AA       Aa       aa
    = ♂   ├──禿げる──┤├禿げない┤
    = ♀   ├禿げる┤├──禿げない──┤

♂: 禿る = A, 禿ない = a
♀: 禿ない = A, 禿る = a

Ex. 2. ヒツジの角

母性効果 maternal effect

1. 非メンデル遺伝
a. キセニア: 父親の優性形質が直ちに母親の胚乳に表れる現象
Ex. イネの形質遺伝(胚乳形質)

ウルチ = A, モチ = a
rice
この逆の♀ウルチ × ♂モチもウルチになる。この段階で表れる現象は優性の法則に従って遺伝する

Ex. トウモロコシの砂糖性(ss)とデンプン性(SS)
b. 細胞質遺伝: 遺伝子内に存在せず、細胞質(特に色素体やミトコンドリア)が遺伝に関係 → 精子には細胞質がほとんどないので、卵細胞の細胞質により形質が決定される
Ex. オシロイバナの葉色(全緑葉、斑入り)
→ 厳密には、キセニア・細胞質遺伝が非メンデル性遺伝である
c. 遅滞遺伝(母性遺伝): 一代遅れて形質発現
Ex. 1. モノアラ貝の殻の巻き方: 右巻き dextral = L, 左巻き sinistral = l (メンデル遺伝する)

shell
殻の捩れ(巻方)は卵割型で決まる = 卵段階(成熟分裂前)で決まる = 精子の入る前に決まる
→ 巻方は母親の遺伝子で決まる

Ex. 2. Ephestia kuehniella: 眼色

キヌレニン kinurenin (前駆物質) → black pigment: キヌレニン(有性遺伝子支配)がないと黒眼にならない
A-a
shell
aa: 幼生larva段階では眼色は黒だが、変態後に黒色が消える
→ 幼生段階のキヌレニンは細胞へ拡散し入る。キヌレニンは卵由来で精子が入った後、キヌレニン生産停止

Exp. Aを持つ個体の組織(脳、精巣)をaa個体へ移植

→ その部分はキヌレニンを生産するが、それが拡散し卵内に蓄積される
→ 幼生段階では黒色眼 → 成体は無色

Ex. 3. Ambystoma mexicanum: 致死遺伝子lethal gene

"O" 致死遺伝子: ホモhomoはありえないはずだが、致死に至らずとも発生遅延、再生力欠如・鈍化が見られる。さらに睾丸形成不全が雄では見られる(雌では一応発生する) /"+"
→ 精子遺伝子によるものではない
salamander
→ 殆ど全ての卵はgastrula段階まで発生できる
→ lethalなものはcytoplasmに存在する何かが欠失している = "+" geneによるもの
→ 親(P)が2n段階で"+"を一つでも持っていれば作りえたもの
成熟卵ではgastrula完了。未成熟卵germinal vesicle stage eggではgastrulaに至らない
→ 核の発現による → この物質は核で作られる

成分抽出: 成熟卵をホモジェナイズ

1) 3000 rpm → yolk↓
2) 10000 rpm → mitochondria↓ (nucleus↓)
3) 50000 rpm → ribosomes↓ER↓

1-3: 成分を別々に上澄と沈殿で注射すると全て上澄み注射時にgastrulaまで発生が進行する

4) 65000 rpm (1 hr) – ここで沈殿中にある – 分子量は大きくない = 可視的細胞構造物に結合していない

1-3上澄をa) 50-55oC処理、b) トリプシン処理、し注射すると効果がない
1-3に硫安(NH4)2SO4を加えると沈殿する

→ "+" geneによって作られるものはタンパク質だが分子量は小さい

「卵発生 oogenesis の雌による事後効果により特性決定がなされる」 → 成熟卵にはm-RNAが残っている(卵においてはgastrula段階でm-RNA形成が開始される)
blastrulaまでの発生パターンは、雌親型であることがほとんど

二型性 dimorphism

性決定 sex determination: 生殖腺分化の種による違い

発生4 weeks (30days): 性が肉眼で始めて確認できる時期 (gonadal ridgeは40 daysで確認出来る)
10日の間にPGCが移動してgonadal ridgeに納まる

PCGの発生
sex
始めて形態的に見られる♂♀の生殖層の違い → 付随した生殖層変化問題と、性分化が発現理由は不明

分化機構 differentiation mechanisms

♂ primordial germ cell → gonadal ridgeに入る
→ tissue like (43-39th=280 d 人, 26th=115 d ブタ): 妊娠期間の1/5位
2, 3日後 Müllerian duct消失
Exp. ブタ 27-34th embryos → sex (肝・染色体を用いて雄か雌かを調べる)

♂ gonad (精巣になるべきもの)
diff diff
14.5 daysのrat’s embryo(ラット胎児)
gonadを含まないMüllerian duct
diff
⇒ 30日以後のgonadはほとんど退化(退化物質がgonadにある)
→ Anti-Müllerian hormoneは30日程度で完成
→ 雌になるべきgonad使用しても効果はなくM-ductはdegradationしない
Sertoli cell - Anti Müllerian hormoneを分泌

Testost-ABP → ♂

diff

interstitial cells → testosterone分泌
testosteroneのtestis中濃度は37thにpeak、plasma中で55thにpeak

♀ 男性ホルモンがなければ女性(雌)になる? (哺乳類) → gonadの働きがなければ雌になる
∵ 母体の影響を胎児は受けるから男性hormoneが決定権を持つ?

性染色体の発現分化 differentiation of sex chromosomes (s.c.)

Homologous chromosomes
monomorphic s.c. → 形態的に区別つかない(最初に表れた)
dimorphic s.c. (dimorphic (adj.) 2形性の)

Ex. 魚: 雄雌性染色体の区別は形態的に無理だが(zw型)機能的には分化している

1942 Humphrey: Ambystoma

diff
____________________________________元々あったものを取り出す
kidney + gonad__将来生殖器になるべきものを他のカエル幼生に移植
= ovaryになるはずのもの

○: ♀になるはずのもの → 精巣になった
: ♂になるはずのもの

diff
正常(normal) ♀
if ① XX(♂XY) → XX ♀only, ② ZW(♂ZZ) → ZZ : ZW : WW =1:2:1 ⇒ ♂:♀(ZW + WW) =1:3
WW: 普通自然界では表れない
染色体は形態的には区別出来なくとも機能的に区別可能。Ambystomaは機能的にはZW styleをとっている。(♂:♀=1:3になるということはWW型のものとZW型のものが存在したことになる)
→ 自然界では得られないWW styleが存在する

____
WW × ZZ → ZW(♀) only

WW: 機能的にはZWと同じ(Z = W) ⇒ 性決定以外のことに関してはZとWは違いはない

哺乳類mammal: 上記の点は言えない … 形態的に異なるとXとYは違ってくる diff

normal♀ = XX, ♂ = XY, ♂ = YY (death)
⇒ 性決定遺伝子は対立遺伝子sex-determining genes are alleles

性染色体分化 differentiation of sex chromosomes

1961 山本時雄: メダカ ⇒ ♂ = XrYR, ♀ = XrXr (R: ruby, r: white)
1. esterone(女性ホルモン) 125 μg/g dietの割合で餌に混ぜ稚魚から育てる
                   XrXr          XrYR    XrYR
                   r♀    R♂    R♀     R♂
    no treatment   44     0       0      42
    Esterone       16     0      13       0

XrYR: 卵巣形成(他は正常♂と変わらない) + 数が少ないのは途中死亡が多いから(?)

2. methyltestosterone(MT)
                   XrXr          XrYR    XrYR
                   r♀   R♂     R♀     R♂
    no treatment   40     0       0      46
    Esterone        0    42              43

r♀ → r♂に変化: 精巣形成

3. MT-sex reversed genetic ♂:

genetic♀のsex chromosomeはXrXr (functional♂)
MT♀ × normal♀ → XrXr(normal ♀)

仮説: Sex hormoneは遺伝子に働くのではなく生殖腺等形成にのみ関連

est-genetic♂(functional ♀) XrYR × normal♂ XrYr

XrXr:XrYr:XrYR + YRYr = 94:107:206

⇑ XrYRとYRYrの理論上2種類が存在する

検証実験

R♂ XrYR × normal♀ XrXr → XrXr: XrYR = 1:1
_______ × normal♀ XrXr → XrYR(R♂):XrYr(r♂) = ♂ only(1:1)
12匹検定
R♂ 3匹___r♀:R♂ = 1:1
___8匹___♂ only
___1匹___r♂:R♀ = 1:1 (XrYr, XrXR) ← XrとYRのcrossing-over
XとYはpairingする(homologousがある)

結論
1) XfYM = YY: f, M: 性決定遺伝子の意味

X = Y: sex determinationを除きXとYは等価
MM, Mf = ♂ / Ff = ♀
MとFは相同遺伝子 alleles

2) XrYr, XrYR: XrとYRの間のcrossing-over

∴XとYはpairingする(homologous)
reversed ♀ (XrYR) × reversed ♂ (XrXr)
____
r♀__:__r♂__:__R♀__:__R♂
615_:__7___:__12__ :_ 664
XrXr :_XrYr_ :__XrXR_:_XrYR
____ ├crossing-over┤
sex
translocation, deletion, addition
→ homology失われる → crossing-over発生しにくくなる → 互いに独立し変化
Yにmale-determinant (sex determination) genesが集中

一般概念としての性決定機構

(universal sex determination mechanism)

組織適合遺伝子 histocompatibility genes

Ex. 腎臓移植: 遺伝子的に近いものでないと免疫学的拒否反応が起る

自己と非自己の認識 (self or non-self recognition)

体液性免疫 → [抗毒抗血清]酵素
細胞性免疫: immunosupressor(免疫現象を抑えるもの)

recognition

非対立遺伝子 (non-allelic genes): mouse - 30種以上 (histocompatibility genes)

recognition
K.D. = 移植に関した細胞支配リンパ球反応性に関係: 1. cellular alloanthigens, 2. transplantation antigens
I = 免疫対応の仕方、killerなど細胞性免疫: 3. lymphocyte reaction, 4. immune response, 5. graft vs host reaction, 6. cell surface antigen, 7. T-cell B-cell interaction
S. = 血中濃度調節: 8. complement level

        mouse name               H-2 gene  K IA IB IC  S  D
                                 complex
        BIO, C57B, l/6           H-2b      b  b  b  b  b  b
        DBA/2, Balb/c, B10, D2   H-2d      d  d  d  d  d  d
        C3H, CBA, B10, Br        H-2k      K  K  K  K  K  K
        A, BIO, A                H-2a      K  K  K  d  d  d

→ congenic mice: H-2のみ異なる

BIO:_____background
BIO, D2__D2
BIO, Br

H-2 antigen タンパク構造

recognition
[L] light chain, MW 12000 血中β-microglobulin(non-antigenic): antigenとは言えない

構造は進化過程で余り変化していないconservative

[H] heavy chain, MW 45000 + sugar (3000 residness)

この部位は大きく変化している

K ≈ D: KとDが非常に良く似ている

recognition

___電気泳動
Ab-112 → H-2 antigen-heavy → sequencer

labeled amino acids, 3H-leucine
A.A.配列決定法_Ser Leu
-○-○-●-●-○-○-●-●- 放射性活性調べ順々に決める

H-2 antigen: 自己か非自己かを認識する遺伝子

皮膚移植や膜移植は人工的なものだから本来はそのためにあるのではない? - 細胞性免疫
recognition ウマ血清蛋白に対し抗体を作るのではなく、人工的に作ったC6H11-SO3H等に対しても抗体を作ることができる
virus, cancer: non-selfを認識して除去するためにH-2 antigenがあると考えられる
recognition

recognition

本来同じであった両者(virus cell & killer)のH-2 antigenに対するAb凹を予め作っておき両者を見分ける。virus細胞とリンパ球を遭遇させると特殊物質を出し死ぬがlysotripping細胞とリンパ球を遭遇させても死なない

recognition 結論: Killerが相手をnon-selfと認め攻撃するには相手が自分と同じH-2 antigenを持っていなくてはならない
1955 Eichwald & Silmser

H-2 antigens
H-Y antigen = male-specific protein
mouse inbred strains

C57 Black_______/6____(B6)
______________ /10___(B10)
(C3H, CBA: accept)
同じ系統(同腹)_♀skin → ♂accept: ♂は♀を自分か認識できない
____________ ♂ skin → ♀ reject: ♀は♂を自分と違う認識(♂拒絶)
____________ ♂に特異的なタンパク質があるからrejectする
____________ ただしYでなくてもよい(上からはこれがわからない)

graft survival time: 25.6 days

2AXX × 2AXY
♂になっている ← 2AXX or XY → ♀になっている
_______________AA___ AA

⇒ 矛盾発生 → やはりYにしか乗っていない? → だがYにしか構造遺伝子がのっていないとは限らない
Regulator genes (RG): link
Structural genes (SG, 構造遺伝子)
_______RG____SG
___├───┼─┼─┼─┤
proteins, mRNA, rRNA, tRNA
必ずしもYのみに乗っていなくても良い
SGがなくてもRGがあればよくRGは常染色体上にある

______________________primordial germ cells
_____________________________
_________________________gonadal ridge
______________________________
♂♀決まっている ← germ cells (XY)_____germ cells (XX)
♂/♀両方なりうる ← mesodermal cells___mesodermal cells → follicle cell
_______________________________ 分化H-Y__________lutein cells
_____________________sertoli cells
_____________________intertitial cells

中胚葉期に分化が決定する。mesodermal cellsはほっておくとH-Yが働くと♂になる

1971 Goldberg et al.

B6♀に4-5回♂skinを移植 → ♀の血清中に
方法: ♂sperm + ♀血清 + 補体 ← H-Yに対する抗体があるか → 細胞溶ける → 死
self
吸収試験 absorption test
[抗血清 + 抗原] → 上澄に抗体は残らないはず。だから細胞は死なない
吸収 - 使う抗原として ♀ 脾臓細胞 → no effect, リンパ球 → no effect
________________ ♂ リンパ球 → no longer killed sperms

皮膚細胞に関与せず
マウスの♀は♂に対して抗体を作る能力がある

1974 Wachtel, et al.

B6♀に♂の脾臓細胞3-6 × 107, 4-6 → 血清(anti-H-Y antigen = antibody)
吸収: ◆ = ♀cells, ▲ = ♂cells, ● = unabsorbed. (△ = ♀cells, □ = ♂cells, ○ = unabsorbed)
self
M.R: H-Yが良く似ているか同じ(H-Yは♂にある)

C.X: H-Yは♀にある / H-Yは同じか似ている

マウスH-Y → Ab ⇔ カエルH-Y
H-Yはheterogametic sex(異形配偶性)に特有
種によって変化しない似通った性質がある self

M.R. ♂XY-XX
C.X. ♀ZW-ZZ → H-Yにより分化することについて♂♀逆になる
1) Myopus___H-Y antigena
___XY → ♀______
___XY → ♂______+
___XX → ♀______
2) Sxr H-Y antigena
___XX; Sxr/+ → ♂________+
___XY; Sxr/+ or +/+ → ♂___+
___XX; +/+ → ♀_________

a: H-Y antigenの有無

3) ヒト

self
ovatestis

XX♂, XX true hermaphrodite = + vs XY♀(testis退化) = ± vs XX ovotestis

ZW-ZZ

self
___free-martin: ♂♀ → testis → testosteron
① ニワトリの精巣testis (cf. ウシの精巣: H-Yは細胞から放出される)
② アヒル: 二重卵黄卵double-yolked egg (ヒトでいう二卵生)

体外器官形成 (in vitro organogenesis)

H-Y antigen: Moscona-type expts
カイメン

self
細胞の自己認識力

ニワトリ

肝臓 → バラバラ → 若い細胞はお互いを見分けられる
腎臓 → バラバラ → ダンダラにはならずにバラバラ

例外としてXXがかなり多く残っている
                  脾臓   皮膚   Germ cells  Sertoli cells
    XX:XY         60:40  55:45  0:100       50:50
    H-Y antigen   50%    40%    100%        67%
self

脾臓・皮膚: BALB/c: H-2dに対するAntibody(Ab) → 60%が死んでしまったことから60%と考える。どの位結合しうるかを調べる
C3H: H-2kに対するAb, H-Yに対するAb
germ and sertoli cells: Glucose phosphate isomerase: 1次構造が違うために電気泳動するとBALB/cはslow C3Hはfast
→ これがH-Yを吸収した
sertoli cellでは大体同じ酵素活性がみられた
本当は50%になるはずなのに50%より多い

→ sertoli cellsはXYからXXをもらったものがある可能性

1978 Ohno et al.: H-Y antigen

self

self
lysosomes: [DNA,
RNA, CHO, lipid …

lyso-tripping: 昇華されてなくなる
※ lyso-strippingが起るとtestisの組織は作られずに卵巣様になる
※ testisを作るためにはH-Yがあればそれだけで出来るというのではない。しかしH-Yは必要である

H-Y antibody: fluorescent dye(FITC) - 蛍光物質含む色素

self
光るようになると光った部分に抗体ができたのがわかる
細胞の表面が光り、♂は光るが♀は光らない
self

ワサビ peroxidase: 3,3-diaminobenzidine (H2O2 → H2O + 1/2·O2)

self
___________________brown pigment insoluble: 電子線を通さない

Staphylococcus aureus

self水に溶けないから沈着する
self

XY cells - H-Y antigen

chimeric mouse 8 cell
self 別々の受精卵を一つにくっつけて子宮に入れる

[BALB/c × C3H] → XX/XYのtestis(germはXY)のXXは排除される

→ BALB/c♀とchimeric mouseの♂をかける
→ F1 ♂18, ♀21: 体色は全てagouti
XX/XY体細胞でもXYが多 → BALB/c♀とchimeric mouseの♂をかける
→ F1: ♂ = 18, ♀ = 21: 体色は全てagouti

原生殖細胞primordial germ cells

XX
XY ← gene(このgeneは何であるのか)

生殖隆起gonadal ridge
__________ ↓ H-Y antigen
testis_______ovary
sertoli cells
follice cells

S. cell, I. cellの発達より遅い
間細胞 interstitial cell
生殖細胞 germ cell
H-Yだけではなくて他の何かも働くのでは?

☆ XX, Sxr/- ♂: 生後2.5ヶ月のtestis(正常ではない)にはgerm cell無、sertoli cell有 → 実験に好都合

⇒ protease (or sollagenase, protein分解酵素)で分解しsertoli cellだけを分離

生後3ヶ月以降にsertoli cell崩壊

interstitial cells増加 → これをproteaseで分解しinterstitial cell(H-Yを持つ)を分離

① H-2d/H2d♀にH-2dのsertoli cell注入し抗体(antibody, 抗体①)を作らせる
   cytotoxic             primordial  sertoli I.C.  follicle  lutein ♂   ♀
   testis                germ cell   cell          cell      cell

1) Unabsorbed Ab (①, ②)     -      +++a    +     ++        -      +++b -
2) ♂は脾臓♀はモツと         -      +++c    -     ++        -      -    -
       共にabosrbed
   H-Y antigenで吸収する
3) Absorbed with follice      -      -       -     -         -      -    -
       cells

+++: 非常に強い反応, ++: 強い反応, +: 反応がある, -: 反応無し
a: sertoli cellに対する抗体 (= 当然反応に強い); b: H-Yに対する反応; c: H-Y antigenはantibodyに吸収されていた
考察 Ab①②はH-Y antigen、follicle cell and sertoli cell - specific antigenに対する、2種類が含まれている

self
①②を作る

③ BIO < H-2d/H-2b > F1 ♀(♀の脾臓に♂のantibodyができる) ← 同じF1♂の脾臓細胞感作(注入)

感作させた♀ → 脾臓取り出しT-cell分離
107 T-cell + 2 × 106♂の脾臓cells → 5日間培養(再感作)
このcellsをattackerとしてtarget cellsに対する反応を見る

self

n.d.: no data available
1: H-Y antigenに対する反応
2: 同じH-2 typeに対する反応(H-2 restricted)
3: H-Y antigenに対する反応
4: H-2 restricted

H-YよりH-Yでないものが大きく作用していると考えられる
2.1よりH-Yは確かに作用しているが作用は小さい → H-2 restrictedにおけるH-Yの作用

☆ H-Y無
H-2 unrestricted (H-2 typeには関係しない反応)

sertoli-follice specific reaction → angiten存在

☆ 脾臓に関してはH-2 restricted(限られた)反応
Sertoli cellに関してはH-2 unrestrictedな反応
⇒ Sertoli-follice specific antigenの存在(この際はH-2 unrestricted): H-Yに関する限りH-2 restricted

self

☆ normal XY → H-Y antigen(protein): geneはYにある?
Y-chromosome (Homo sapiens研究から) self

isochromosome.のH-Y antigen
short arm H-Y+: H-Yを作るgeneはshort arm上に存在
long arm H-Y-
しかしY上にこれが無くても良い
%rarr; Yに調節geneあればYにstructural gene無くてもautosome上にあってもよい

1980 Müller et al.

ZW-2W(WW)
white leghorn = loss brown - sex linked: feather color ♀brown/♂white

12日目以降はfeather colorでの♂♀区別不可能
0.1 mg 4 days → 13日·16日目

ZZ: ovary
lost feather color (=white): 生殖器官形態より区別判断

antigen

spleen(脾臓) ♂ → ♀antiserum: normal ovary/estradiod-treated ovary(=ovotestis)
1. ZW ovaryで吸収
2. ZZ ovary (ovotestis)__13日目 H-Y ++++(多)
____________________16日目 H-Y +(少)
3. ZZ testis___________ZZにはH-Yがないため毒性大

1, 2の皮膚細胞に対する毒性

にもH-YがありH-Yの産生にWは関与しない
性ホルモンはH-Y産生を促す(H-Y productionのstimulator)
13日目にH-Yは多いが16日目には少ない → H-Y一定濃度でなくてもovary形成

1980 Wachtel et al.: Xenopus

unabsorbed +++(H-Y present)
absorbed with normal ZW♀ 脳肝 v. ± (Xenopus: 体細胞にH-Yない)
absrobed with ovary +++
absorbed with normal ZZ♂ 脳肝testis -
estrogen - sex-reversed♀ZZ's ovary/体細胞 ovary +++ 体細胞-
WHh WW♀体細胞ovary ovary +++ 体細胞±(脳と肝臓にはある)

sex-revsersed ZW♂ × WW(♀) → ZZ(♂): ZW(♀): WW(♀)
⇒ H-Yはovaryに存在する(しかし体細胞にはない?)
WWとZWのovary → H-Y antigenの量に差は認められない
もしWにH-Yを作るgeneがあればWWはZWの2倍H-Yができるはず

→ WにH-Yのstructural geneはない

ZZでもH-Yができる

ZZ testis cell (Xenopus) + H-Y antigen (mouse)

毒性がなくなる → H-Yはtestisのcellにくっつく(生殖巣のみ、体細胞にはつかない)
male horomone(testosterone)で処理 → ♀ZW → ♂ZW: 不可能
ZZ♂成体のtestisを♀オタマジャクシの発生初期に移植するとZWの♂が出来る

Case. Xenopus

testisの中にはtestisの分化を促すような物質があるのでは?
ZZ(♂) - estrogen treatment → ZZ(♀) ovary
_________→ 直後にandrogen → ♂ testis
ZW(♀) - androgen → ♂にならない
self
androgen: 女性化を打ち消す働きはあるが女性化することは出来ない

性決定に関する他の条件
1947 Jost: ウサギ rabbit

♂胎児去勢 → Müllerian duct残る(普通はMüllerian hormoneのために消える) → 輸卵管・子宮が出来る
urogential sinus(u.s.)泌尿生殖洞 → vagina, labia, clitolis: u.s.はMüllerian duct残存のために出来る
母親(去勢胎児を持つ)をandrogen処理
→ ♂のWolffian duct分化。副睾に貯精嚢
→ ♀のWolffian duct分化 = 擬雌雄同体

Jesticular feminization (Tfm → X-linked)

ヒト♂ pseudohermaphrodite → Wolffian duct(男性化の兆候無し), urog.sinus, 外陰部
しかしXYでtestis(小さい)。sperm形成は第一精母細胞でstop
間細胞 → 肥大 ⇒ androgenは出来る (同様のことはmouse, ratでも観察された)
Tfm/+♀ → Tfm cell + cell: single active theory
_______↓ ← Tfm/Y(♂pseudohermaphrodite)
______+/Y♂
Tfm: 男性化を阻害するが女性化には何ら関与しない

self

receptor: 特定のDNAに働き活性を高める → sex hormoneにはreceptorが必要
Tfm: hormone receptorが作られないと考える (male hormoneは作られるが男性化が妨げられる) Tfm♂: 思春期にfemaleと同じような性徴を呈する = androgen血中増加 → [aromatase] → esteron
testosteronが直接働く
腎・顎下腺 → 神経の性徴因子
種々の酵素活性上昇 Wolffian duct

5α-reductase
5α-dihydrotestosterone(DHT)
urogential sinsu, external genitulia
→ 5α-reductase活性高い → 血中でtestosteroneがDHTになりreceptorと結合する

Human embryo 56 d.

testosterone 4 ng/mg in testis

84 d___5 ng/mg (peak) → Wolffian d.の雄化盛ん(U.S.)
112 d__3 ng/mg (peak) → (前後1ヶ月)__urogenital sinus
________________________________ external g. → ♂化
168 d__0.5 ng/mg

testosterone synthesis → 母体のchorinonic gonadtropin [胎盤ホルモンによって推進される]

半分抑制された状態 ∴ もっとtestosteroneを投与すればmale化する

androgen
testosterone: 5α-reductase; absent → wolf(腎・唾液腺)
dihydrotestosterone: 5α-reductase; present → U.S.EG

self
present 完全にmale化

choresterol → pregneolone → progesterone → androsterodione → T → estradiol

Gneve doces: 遺伝病 [gneve (= penis), doces(= 12)]

出生時に女子だと思われる
輸精管・前立腺存在: 必ずしも正常ではない
testis(spermatogenesis): 正常
wolffian duct: 不完全分化
E.G. → 雌型: serotum → labia-like, u.s. → blind vaginal pouch, clitolis → like phallus
12歳のころ第二次性徴の時 → 血中testosterone濃度高
筋肉発達、声帯発達(男声)、penis発達、scrotum(陰嚢)発達 → 突然起る
self

一方、前立腺が小さい、ヒゲが生えない

⇒ T.M.F.は精神的にも女性化するがgneve docesでは全く男性化
最初ドミニカ共和国Salinusで見つかる

13家族24人 = pseudohermaphordite

5α-reductaseがあれば男性化するがgneve docでは量が少ない
血漿中: normal male T/DHT =14/1, gneve doces T/DHT = 40/1
5α-reductaseができない形質 → autosomal, reccesive(劣性)

第二次性徴で殆ど正常に育つ理由 = ホルモン多量に作られる self

① 少ないながらもある程度DHTができるから正常に近くなる
② 過剰testosteroneがDHTの働きを補うから正常に近くなる
⇒ 完全なsexが出来る条件 = single active X theory

XY, XX = 必ずXがある

X-chromosome: 生体にとって有利 → ♀に有利

↔ 2つあることによって不利になる = ♂に有利

1) sex chromatin
self 1949 Barr & Bertran: ネコ♀神経細胞

核小体: ♀のこれに瘤が高頻度 ↔ ♂にはない
くっついていない場合もあるが大抵は核小体につく
小脳purkinge cell: ♀87%のcellに瘤が見つかった
♂5%のcellに瘤が見つかる
どの部位の神経細胞でもこの比率でみられた
⇒ sex chromatinはどの体細胞にも見つかった: 一時はこの瘤の有無を用い性決定をした
Ex. Buccal smear: 上顎上皮細胞にXXならコブが見つかるがXYは見つかりにくい

2) sex chromatinとの関係

    number of sex chromatin*   0                 1      2

    type of sex chromosome     XO(ターナー)      XX     XXX
                               XYY(super male)   XXY    XXXY
                               XY(normal)        XXYY   XXXYY

*: こぶ数
倍数性ploidy: 2N = 46 = XX + 2A, 4N = 92 = XXXX + 4A(4倍体), 3N = 69 = XXX + 3A(3倍体)
→ Number of sex chromatin = (Number of sex chromosome) - (Polidy/2) Ex. 2N = 2 - 1 = 1, 4N = 4 - 2 = 2
sex chromatinの機能は1960代まで不明であった

3) Late replication of X chromosome
1960 Taylor: Chinese hamsterの培養細胞

同調培養(全細胞が同じ分裂期にあるよう調節)
(average generation time = 14 hrs)
autoradiography 10 min. by 3H-thymidine
X-chromosomeはDNA合成が遅い(autosomeに比べて): 取り込をさせ中期細胞を見る
self
self
☆ G2に近い時に取り込ませるとXには見られるがAには見られない

4) Sex chromatin is on X (コブはX chromosomeである)
1959 Ohno: rat liver
5) Single active X theory
1961 Lyon: 仮説 sex chromatinがX-chromosomeであれば、それは不活性なX chromosomeであろう

Cattanach translocation-cのgeneに注目

self
このXは♀からきても
♂からきても構わない

P/P - pink eyed, +/P - black, +/P/P - black (blackになるはずだが実際はvarigationになる)
→ XXの一方のchromosomeが不活性化されているのでは
→ 理由
① XO♀ = 生存可能。♀はXが1本あればOK
② 2本必要ない
③ 片方働いていないと考えても良い
④ 片方が父方でも母方でも構わないmaternal or paternal → OK
⑤ 全cellでどちらかのchromatinが眠っている(不活性)
→ S.C.= X(1つの) → 遺伝的に不活性なXであろう

Pr.
1961: four hypotheses
  1. one of the two X's of female is totally inactivated.
  2. the inactivation occurs at random.
  3. at an early stage of development: variegation(スポット状になる)
  4. in an irreversible fashion

例外: 生殖細胞__inactivated ×
______________activated × → 次第にXの活性が下がる
→ 2種類の卵子 ⇒ この説は他のものにも当てはまるのか?

1965 Linder & Gartner: ヒトG6PD (glucose 6-P dehydrogenase)

[wild = B] vs [mutant = A → single amino acid substitution グルタミン → グルタミン酸]
↓ 電気泳動(見分けるのに一番良い)
self
G6DP: homodimer
mutant polypeptide A self___self B wild peptide

もし活性が同じ(同じ速度でpeptideを作っていたとすれば) → AA:AB:BB=1:2:1できる

heterozygous♀(A/B)のヒフの細胞 → 組織培養(維芽細胞が一番増殖し易い)
不活性型 cloning
P: 父, M: 母 由来のG6PD
self
1つ1つの細胞に分け____________クローンclone
→ E.P.(electrophoresis, 電気泳動)___→ A
______________________________→ B → A
______________________________→ B →
self
XP XM
__
B_ A
G6PD
Experimental results = Expected = クローンを増やしてもABは出てこないはずである

Linderらはヒト以外にもleiomyoma(平滑筋のガン化細胞)を用い実験を行った
→ もともと1細胞から始まるので
また子宮筋腫の細胞を用いた → 筋腫が異なるとA, Bが異なった

1963 Davidson et al.:

(1) Hypoxanthine-guanine phosphoribosyl transferase (HGPRT)
(2) phosphoglucokinase
(3) phosphorylase b kinase
酵素は極小量で活性を示す → 材料として使い易い
Ex. G6PD: G6PD + NADP+ → phosphogluconolactone + NADPH + H+

Nitro BT (人工色素, pale yellow, soluble) + NADPH + H+ → formazan (色素還元型, blue, insoluble pigment)

⇔ この説で説明できない事例: the inactivation occurs at random (2)

カンガルーについて良く調べられている
(1)(2)(3)でもF1では母親由来のxが発現していて父親からのXは常にinactivatedである
G6PD: mutant(A), wild(B)
self

1. sex chromatin
2. sex chromatin = on X
3. X → DNA late replication
4. single active x theory

genetical inertness of a single X(遺伝的に活性を持たないX)

3 = 4のつながり

horse(♀) × donkey(♂) → mule これを用いた
G6PD: horse = slow vs. G6PD: donkey = fast
⇒ X-linked
donkey(♀) × horse(♂) → hinney - Xがどちら由来かが見分けられる


    animal  fibroblact   late replication   G6PD
            clone        ------------------------------
                         XD   XH(# of X)    fast   slow

    1        C3           -                         +
             C4           -                         +
    2         1          48                         +
              2          77                         +
              3           -                   +
              4           -                         +
    3         1          54                         +
              3          70                         +
    4         2          44
              4                   62          +
              7          58                         +
              9                   26          +
             11                   38          +
    5         1                   44          +
              2          53                         +
              3          50                         +
              4          47                         +
              7                   47          +
             11           -                   -     -

働いていないやつがlate replicationである(遺伝的に活性をもたないX)
G6PD導入によりs.c.が遺伝的に活性を持たないXであること判明

Xが2本とも発現しないのは何故?

XXとXY: 2本とも働いたら不公平が生ずる。物質を多く合成することで自然浮動が動くと困る
ショウジョウバエ: X1/2X1/2 = Xが1/2生ずることにより補正をしている

染色体遺伝学 (chromosomal genetics)


chromosome
* univalentが一部残る
= 遅滞染色体 laggards

対合型

異常対合: 10II (bivalent) + 10I (univalent) 一価の分配異常: 10Iが任意に分配
不稔: 一価の分配異常のため
退行現象 restitution: laggardsがいつまでも第一分裂終期あたりに残ると隔壁できない

しかし、この膜は稔性を有する → 子孫を残す可能性

連鎖(連関、リンケージ) linkage

= 2つの遺伝子形質を表す遺伝子が同一染色体にある場合

Ex. (AB), (ab)が同一染色体上にある → (AB, ab)は連鎖している

連鎖遺伝子 linkage genes
連鎖群 linkage groups: 一緒に遺伝する形質の集団
連鎖群数と染色体数(n)は大部分の生物に関しては一致する
    例外     連鎖群数  染色体数
    トマト      10        12
    アサガオ    12        15

原因不明。不活性遺伝子(染色体)の存在、異質染色体との関連等が考えられているが、実験的証明なし

完全連鎖 perfect linkage: 交鎖をしない場合
    P            AABB (AB/AB)      ×        aabb(ab/ab)
    F1                         AaBb (AB/ab)
    F1 生殖細胞            AB      ×        ab
    F2               ABAB = 1    AaBb = 2    abab = 1

    ♀/♂  AB     ab
    AB     AB/AB  AB/ab
    ab     AB/ab  ab/ab
不完全連鎖 imperfect linkage: 交差が起こる

交鎖率 (%) = (交鎖により生じた生殖細胞数)/(全ての生殖細胞数) × 100
→ 実際求める時: 検定交配 → 生じた比 = F1の作る生殖細胞の比

F1 (AB/ab) × [劣性ホモ] (ab/ab)

→ 交鎖率(%) = (交鎖により生じた子数)/(検定交配での全子数) × 100

連鎖と組み替え BL (m):Bl (n):bL (n):bl (m)
         mBL nBl nbL mbl
    mBL  m2  mn  mn  m2     [BL]  3m2 + 4mn + 2n2
    nBl  mn  n2  n2  mn     [Bl]  2mn + n2
    nbL  mn  n2  n2  mn     [bL]  2mn + n2
    mbl  m2  mn  mn  m2     [bl]  m2

A系統: B-L, b-lの連鎖 → n = 1とおく
B系統: B-l, b-Lの連鎖 → m = 1とおく
→ 交鎖率を求める

三点検定交雑 (Morgan): キイロショウジョウバエ(2n = 8)

同じ連鎖群に含まれる形質(A, B, C)に着目し交配実験

原則
遺伝子は染色体上に線上に配列
染色体はいつでもどこでも同じ確率で交鎖し、交鎖率は2つの遺伝子の距離に比例

Ex. 交鎖率: A-B = 9%, B-C = 15%, A-C = 6%

B_________9%______A____6%____C
┌──────────────┬────────┐全体15%
図. 交鎖率に基づく染色体地図作成

→ 細胞学的染色体地図と比較 = よく一致

染色体は切れやすい所と切れにくい所(染色体の太さや括れ)が存在し全く同じではない
組替え率を求める際、二重交鎖が起こると誤差がでる

染色体数変異

染色体数 (Sinoto 1926)。染色体組 chromosome complement (set)
                   表現法  Rice  Corn   Wheat       Human

生殖細胞の染色体数   n     12    10      21         23
    (単相世代)
栄養体・胞子体      2n     24    20      42         46
    (複相世代)
基本数               x     x=12  x=10    x =7       x=23
原始基本数                                   ↑
    proto-basic #    b     b= 6  b= 5    b=6  9     b= 8
    basi-basic #                         b=3 ↑減数

原始基本数は説であり断定的なものではない

染色体異常

構造変化を伴う異常 structural aberration
構造変化のない異常 non-structural aberration (粘着性 stickiness によるものあり)
染色体の構造変化 structural changes in chromosomes

ゲノム genome

1920 Winkler: (当時の定義) 一組の半数染色体
→ 木原: 生物生存上不可欠な染色体一組
→ 現在: ゲノム = DNAの総体

真核生物: ゲノムは核、ミトコンドリア、葉緑体に独立のゲノムを定義
一般に言うゲノムは核ゲノムのこと
表. 植物ゲノムサイズ (Mb: 百万塩基対)

植物____________ゲノムサイズ (Mb)
葉緑体__________________0.135
Arabidopsis thaliana_____123
Oryza sativa___________430
トウモロコシ___________2500
オオムギ_____________5000
コムギ_____________160000

プロテオーム proteome: ある生物が持つ全タンパク質のセット

ゲノムを反映しているはず
プロテオーム解析: タンパク質の機能と相互作用を明らかにする

倍数性 (polyploidy)


1916 Winkler H: 近縁種、品種等の間で染色対数に増減の見られる現象
新倍数性 neopolyploid
新たに形成された倍数体

真数性 (正倍数性, s.l.) euploidy

基本数の完全な整数倍

コムギ: 2n = 14 (2x), 28 (4x), 42 (6x)
キク:__2n = 18 (2x), 36 (4x), 54 (6x). 72 (8x), 90 (10x)

異型倍数性 heteroploidy
Ex. Artemisiaの染色体数
    フクドヨモギ イヌヨモギ   オトコヨモギ ヨモギ
    ヒメヨモギ   カワラヨモギ
    2n=16(2x)    2n=18(2x)    2n=36(4x)    2n=34 (8+9) × 2
    x=8          x=9 _________↑Euploidy   x=8↑heteroploidy
                                           x=9↓
倍数性 (正倍数性, s.s.) haploidy
一般に2倍体(2n)が基準

→ 1倍 = 半数体, ≥ 2倍 = 倍数体 polyploid
基本数よりゲノムgenome概念の方が生活単位としての染色体組を考え易く、倍数性とはgenomeの重複する現象ともいえる

2倍体 diploid, 3倍体 triploid, 4倍体 tetraploid, 5倍体 pentaploid, 6倍体 hexaploid, 8倍体 octoploid

混数性 (体細胞倍数性)
1個体内の組織、細胞間に倍数関係のみられる場合

異数性 aneuploidy (inclucing monosomics and trisomics, s.l.)

染色体の一部の増減による不完全な時
近縁種間の自然倍数種の多くは異数性
Ex .1. ダウン症候群(蒙古症) 2n = 47、21番染色体3個(3数性 trisomy)
出生時母年齢高いほど頻度高(29歳 ≥ 母親 = 1/2000人、45歳 ≤ 母親 = 1/50人)

→ 母親の加令によって卵子形成過程に起こる染色体不分離増加 (父親の年齢には関係ない)

Ex. 2. ツルボ群: 2n = 12, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 22, 26, 27, 28, 29, 34, 35, 43, 44, 45, 46 (1980現在)
Ex. 3. ヨメナ: 2n = 51, 52, 53, …, 76
Ex. 4. Paphinopedilum sp.: 2n = 26, 27, …, 44
Ex. 5. Lycoris 2n = 22, …, 2n = 33, …, 36 (日本産33のみ → clone増殖)
他例: シライトソウ、ショウジョウバカマ、アオミドロ
polyploid → 染色体が切れて染色体数増す

ショウジョウスゲ

尾瀬 2n = 26, 30, 31, 32
八幡平 2n = 28
三峠山 2n = 32, 34

polyploid

polyploidyの典型と考えたが、染色体数増すにつれ大きな染色体が減る = 偽倍数性 agmatoploidy
この機構は染色体状に多動原体様部分(分散動原体 dioporsed centromere)か多動原体 multicentromereを有し、切れても細胞分裂可能な場合に成立

同質倍数体 autopolyploid, autoploidy
異質倍数体 allopolyploid, alloploidy
半数体 haploid

ゲノム解析 genome analysis

木原均 Triticum (コムギ), 芳賀・倉林 Trillium

コムギ
genome analysis

未知 (euploidyの場合)

2n = 28 (4x)
__
2n = 14 (2x)
x = 7
_↗↑↖
A B C

染色体組の各構成染色体の遺伝的相同性(遺伝子分析)

異数性分析
Ex. ホウレンソウ

2n = 12 (x = 6), or 2n = 13 = 12 + 1 → 6組の染色体組み合わせ
2x → コルヒチン colchicine 処理 倍数化 → 4x
4x × 2x → 3x________________________↑ 6通りを選別可能*
3x × 2x__________________________univalent形成 = 2x + 1
* これで余分な1つの染色体の働きを調べること可能。12 (2染色体) + 1 (1染色体) = 3染色体 trisomic
同様にO染色体 nullisomic (2x欠如)、4染色体 tetrasomic (Ex. 2n = 40 → 42)も可能 (育種学技術必要)
O染色体分析により同祖染色体が見つかる

倍数体の優位性 (superiority of polyploid)
自然界では一般に倍数体のほうが生存に有利。自然界では、安定化した所で倍数化が起こりやすい。人為的倍数体は劣勢であり、倍数化の筋道が自然なものと異なる

安定化: 多価染色体減少 = 2価染色体増加 (2価染色体形成遺伝子の存在あるいは新しく形成)
AAAA 4倍体 → 2倍体化 diploidization → AAA'A' (≈ AABB)
倍数体は巨大化、複雑化することが多い

日本産エンレイソウ (Trillium L.)
キク属 (Chrysanthemum L.)
田原正人 (1914-15): 倍数性発見

整然として倍数体が揃っている → 2x, 4x, 6x, 8x, 10x

下斗米直昌 (1931-), Winge O (1917)

2x: 雑種性 – AB → 受粉 restitution → AABB
P ♀ リュウキュウノギク 2n = 18 (2x) MM

× ♂ ノヂギク 2n = 54 (6x) JJJJJJ

F1 2n = 63 MMMMJJJ

こちらだけ倍数化
↓ meiosis
27II + 9I
MM__MM___JJ_J_____(可能性)
Trillium

倍数体の安定性獲得 diploidization
ノヂギク JJ JJ JJJJJ: 対合末端部開始 – 多価染色体が作られない

個体変異の原因
1) 2倍種間の分化

P_______________________________F1 (2n = 18)
アブラギク × リュウノウギク__________= 1IV* + 7II (* 相互転座)
リュウモンギク ×エゾノヨモギギク______= 3II + 12I
ハマギク(小) × ホソバノセイタカギク(大) = 1II + 16I

→ 複製点数同じ: 大きさの変化が種分化に関与

2) 2倍種内の分化

アブラギク__北九州_近畿___関東
___欠刻________________

______polyploid
という変異 → 隔離分布: 海進の時代に隔離された?

リュウノウギク: 染色体分化見られない + 連続分布

polyploid
→ 染色体小型化が種分化の一要因 (replication unitの数の減少)
(キク属の進化を論じる上で、欠刻片が前に集中する方が新しい)

ワカサハマギク 2n = 36, 4x: MMBB ecotype 多型 →----┐
ナカガワノギク 2n = 36, 4x MM MM MM ┬→ II hybrid --┘
シマカンギク 2n = 36, 4x II II ---------------┘

キク科植物のgenomeは同質で対合パターンが多い

polyploid
純系ナカガワノギク

MM MM: x = 9
MM MI
MM II
MI II
II II

約190万の組み合わせが考えられる
→ 現地と比較
→ 190万genome typesが環境に合わせて住み分けたと考えられる

参考
栽培菊: 3系統
ランの種分化

遠縁交雑 wide crossing

属間雑種
多属間雑種(最大6属間雑種知られる) → 形態変化大きいが種分化はそれほどしていない?
機構
  1. 染色体数: 2n = 40 × 2n = 42, 2n = 40 × 2n = 32 (ex. アサヒラン 40、シラン32) → 容易に交配可能
  2. 染色体の形態(中期): 核型が大きく離れていても多くの植物に比べて容易に交雑する
  3. 静止期の形態: 静止期の核内分散、凝縮状態、種分化の最中あるいは比較的新しい種は交雑の幅が広い
実験: Cymbidium属間雑種を作る – 系統的に近い属と掛け合わせてみる

Ansellia, Maxillaria, Stanlopea, Calanthe, Zygopetallum
これらのうちStanlopeaを除く4属との雑種は形成された。静止期の形態は雑種形成に関与している?
種分化段階 → 染色体形態(前期), 染色体数 (中期), 静止期形態(後期) – 交雑不可能

ハプロパップス Haplopappus gracilis (Compositae): 2n = 8
広く分布、砂漠植物
2n = 4発見 – 現在知られる最小染色体数。発芽試験を行うと稔性ない
= H. gracilis KH-1 (K: Kanthus, H: Hiroshima. 広島大学の株)

染色体異常高率発生だが、1年生植物なため子孫にその遺伝子伝わりにくい。生活環約9ヶ月。クローンの異常染色体保持を行うため栄養繁殖を試みると、挿木は死滅、カルスは苗化困難だった。カルス形成過程で緑色スポット(苗状原基)得られ、これは増殖率が一週間あたり4nと高く、これを用い研究行う

染色体の安定性: 染色体により異なる。安定な染色体と不安定な染色体を組み合わせると不安定な染色体も安定化する → 育種、細胞分裂および細胞融合の研究に適しているなど応用可能

プロトプラストから細胞融合により他種に染色体を埋め込み苗化を試みている(クレピス)
細胞中の油滴の形成機構の研究

多糸説
= 染色体の多糸性

染色分体 chromatid
chromosome
更にhalf-chromatidはもう1/2になっている

= half-half-chromatid

最終的には25ÅのDNAにhistoneのついたものと考えられる。

鎌形赤血球貧血症

アフリカ、特に中央アフリカ、マダガスカル島に分布し遺伝する
1910 ヘリック: 貧血症の黒人少年から鎌形をした赤血球発見
1949 ポーリング: ヘモグロビン(Hb)タンパク質部分の差異が原因 → 分子症
1956 イングラム: HbのN末端から6番目アミノ酸がGluからValに変化

アミノ酸だた1つの変化が個体の生死に関わる変化を表す。このHbはO2を失うと溶解度が低下し赤血球中に細胞を破壊する結晶物質を作る。遊離した水は赤血球外に出て鎌形になる。その結果、ガス交換率が低下し、さらに(赤)血球は粘性を増し毛細血管をふさぐ血管障害を起こす
ホモ → 2歳未満に殆ど死亡
ヘテロ → 軽度貧血症 → マラリア(菌は赤血球内で増殖するが鎌形赤血球には侵入できない)に対し抵抗性があるのでマラリア流行地域ではかなりの頻度で残っている遺伝形質

ヘモグロビンβ-鎖一次構造

S: sicle鎌

                     1   2   3   4   5   6   7   8      146
    正常 (HbA)       Val His Leu Thr Pro Glu Glu Lys … His
    鎌形赤血球 (HbS) Val His Leu Thr Pro Val Glu Lys … His
色素欠乏症(先天性色素欠乏症、色素欠乏症、白子症) albinism

チロシナーゼ(酸化酵素)の働きが先天的に不完全  メラニン全く(若しくは殆ど)合成されない
ヒトに限らず、広く生物一般に見られる

突然変異mutationの推定
グルタミン酸code: GAA, GAG → バリンcode: GUU, GUC, GUA, GUG

突然変異は同時に2個所起こるのは稀 → 1個所のみ変化したと仮定
GAA → GUA or GAG →GUGの2通りが考えられる
これをDNA配列に置き換えて表すと
CTT → CAT (T → A) or CTC → CAC (T → A): いづれにしてもT → A

HbAをHbCに変える例: アフリカのごく一部 → Hb異常でやはり貧血を起こす

6番目のアミノ酸がGlu → Lysとなったもの
グルタミン酸code: GAA, GAG → リジンcode: AAA, AAG
GAA → AAA or GAG → AAGの2通りが考えられる
これをDNA配列に置き換えて表すと
CTT → TTT (C → A) or CTC → TTC (C → A): いずれにしてもC → A

集団遺伝学 (population genetics)


対立遺伝子頻度とその変化を研究する遺伝子学の一分野
集団における遺伝的不均一性と関連する遺伝構造を明らかにしようとする

メンデル集団 (Mendelian population)

遺伝子プール (給源) gene pool: 遺伝子の集合として交配可能な集団

Ex. 個体数 = N → 遺伝子プール = 2N
→ 時間・空間共に連続で、ある個体群に属する生物
→ 共通祖先を持つか、あるいは潜在的に交配可能

メンデル集団 (デーム deme): ある遺伝子プールに含まれる全個体

実質的遺伝子交換のある集団 → 個体群動態 demography = 動態統計的研究 (Pianka 1978)
(理想的)メンデル集団 (汎生殖個体群 pammictic population): 現実には完全なものは見られない

  1. 集団が十分に大きい
  2. 交配は自由randomに行われる
  3. 突然変異起こらない
  4. 自由選択はない
  5. 移住・混血・隔離起こらない
Law ハーディ・ワインベルグの法則
Hardy HO (1877-1947 英数学者), Weinberg WW (1862-1937 独医学者)

「メンデル集団内では遺伝子頻度も遺伝型の割合も、ともにいくら世代が経っても変化しない」

Pr. A:a = p:qの比で存在 (p + q = 1)

任意交配の結果は (pA + qa)2 = p2AA + 2pqAa + q2aa
F世代:

Aの頻度 = p2 + 1/2·2pq = p(p + q) = p
aの頻度= q2 + 1/2·2pq = q(p + q) = q

A:a = p:q //

1) 自由交配

生活力に差のない形質を考え自由交配を続けると集団内遺伝子頻度は一定に保たれる
= ハーディ・ワインベルグの法則

2) 自家受粉: 続ける → 遺伝子頻度 = 不変

ヘテロ↓ ホモ↑ (ヘテロ%, F1 = 100%, F2 = 50%, F3 = 25%)

近縁係数: メンデル集団であれば
  1. 2個体AB間の近縁係数は個体AとBが共有する同祖遺伝子の割合を表す
  2. それは個体Aが持つ任意の遺伝子と同祖の遺伝子がBにも存在する確立である

Ex. 兄弟 = 1/2 (半数生物および伴性遺伝の場合は異なる), いとこ=1/8

育種学 (thremmatology, breeding)


遺伝子バンク(遺伝子銀行) gene bank

遺伝資源: 遺伝子工学・育種技術で強耐性作物作り、医薬品生産利用生物の種子・遺伝子の総称
→ 各国・国際機関が遺伝子銀行設置し、栽培作物野生種や近縁種を中心に野外探索と種子等保全に取り組む

遺伝子資源の多くが存在する発展途上国は遺伝子資源に関する自国の主権を主張すること増えた

林木育種 (forest tree breeding)


精英樹 (elite tree): 同じ土壌条件の地域に生息する同種・同齢木に比べて、形質が特に優れた成長をしている樹木
1. 有性繁殖
播種: 播付け床に種子を播くこと

採種園: 種子生産目的に精英樹等から採種木を育成する樹木園

山引き (山取り苗・天然苗): 苗森林からや天然稚樹を採取した苗木

普通、根系発達に苗畑で1-2年育成させ利用

山行き苗(山出し苗): 苗畑で育成した苗を掘り取り植樹造林用に準備した苗木
2. 無性繁殖
クローン clone: 同形質(遺伝子)を持つ集団(個体群) → 品種維持等に応用
挿木: 植物体の一部(幹・枝・葉・根等)を親木から切り取り、土等に挿し繁殖。発根活着は樹種により難易がありスギ(Cryptomeria japonica)、サワラ、ネズコ、アスナロ、ポプラ類等は一般に容易、その他は困難

挿し穂: 挿木に用いる樹木の一部(幹・枝・葉・根等)
採穂園: 特定品種を多量生産する目的で挿し穂をとるため特別に設置された樹木園

取り木: 親木の一部(枝等)を地面に伏せ発根させ、その部分を切り取り苗木に仕立てる技法。伏状(地面に押圧するので圧条ともいう)と、枝・茎の一部を土や水ごけ等で包み発根させ、その部分を切り取り苗木に育てる方法がある

取り木苗: 取り木の技法を用いて育てられた苗木

伏条: 母樹の根元に近い部分から出た枝を土中に押し曲げて発根させ、独立の林木として育成する方法
圧条: 枝や茎の一部に傷をつけ、そこを土壌や水ごけで被い発根させた後、親木から切り離し増殖する方法 Ex. Prunus × yedoensis = クローンザクラ

種間雑種 → 全国分布するP. × yedoensisは1クローン = 遺伝情報同じ

病気や環境の変化に弱
寿命60 年と短い → 一斉絶滅ありうる

発根促進剤: メネデール、ルートン、オキシベロン等
カルス (callus): 植物体の一部を植物ホルモンを含む培地上で培養し形成される無定形細胞塊。カルスは、適当な条件を与えると分化せず活発に成長するので、新たに成長した部分をとり定期的に植え継ぎ、無限にカルス状態で成長する。カルスをある条件下で培養し、不定芽、不定根を分化させ多量のクローンを生産できる
接木: 別々の植物体を接合し1体とする技法。接ぎ穂接着させる根のある方 = '台木' → 接合方 = '穂木(接穂)'

台木: 基盤の方 (Cf. 挿し穂や種子をとるため仕立てた樹木 = '挿穂台木', '採種台木')

生態遺伝学 (ecological genetics)


生物適応の遺伝的基礎を探る = 生態と適応の遺伝学 (酒井 1976)

土中重金属と植物

1966 Jain & Bradshaw: Agrostis tenuisの耐銅性を水耕法で調べる

→ 鉱鉱坑知覚のA .tenuisは耐銅性が高い

1967 Antonovics et al.: 高耐銅性植物は銅がある方が成長がよい

↔ 低耐銅性植物は銅があると成長阻害

1968 McNeilly & Bradshaw: 銅汚染地区と非汚染地区

A. tenuisの個体と種子を採取

銅汚染地区 > 15 m → 耐銅性なし
銅汚染区では耐銅性ゼロから強まで変異大
非銅汚染区: 耐銅性ある個体みあたらない
→ 耐銅性個体は高銅濃度の所でしか生育できない

採取種子から育てた実生と成草の耐銅性には高い相関(r = +0.97)あり、また実生の平均耐銅性は親よりも高い → 成体になるまでに耐銅性の高すぎる個体が淘汰される → 安定化淘汰 stabilizing selection

1974 Walley et al.

重金属耐性個体は正常集団中にも少数ながら存在し、汚染土によるスクリーニングを受けた結果、耐性個体が残る

1974 Gartside & McNeilly

A. tenuis, Lolium perenne, Cynosurus cristata, Dactylis glomerata, Poa tricialis, Arrhenatherum elatius, Anthoxanthum odoratum, Plantago lanceolata, Trifolium repensの耐銅性を調べる

A. odoratum, P. lanceolata, T. repensは銅土壌では全て枯死 → 耐銅性なし
他の種は強さに差はあるが耐銅性がある

稔性変化

1973 Lefébvre: Armeria maritimaの自然状態における自殖率を調査 – 2型

A型: ヘテロ AC/ac 花粉網目、柱頭平滑
B型: ホモ ac/ac 花粉突起、柱頭突起

→ 自家不和合性がありA-Bのみで交配可能

仮定: 他殖率100%であればA:B = 50:50であり自殖率の増加につれB型が増す
実際: 鉱山地帯ca 1:1 ≈ 他殖
→ 2型性という自殖防止機構のある種で自殖を促す淘汰は起こりにくい

1972 Cook et al.: ヌカボ、ハルガヤ、ヘラオオバコ

鉛、亜鉛の耐性型と正常型(耐性なし)集め、それぞれの単植区と混植区を設定し競争試験

表. 鉛、亜鉛耐性植物の正常環境における競争力試験
                          ヌカボ ヘラオオバコ ハルガヤ

    単植          耐性型     477         791       340
                  正常型     630        1050       429
                  繁殖比   0.757       0.753     0.793
    混植          耐性型     354         719       143
                  正常型     760        1230       307
                  繁殖比   0.465       0.585     0.467
    ホソムギ混植  耐性型     144         794       113
                  正常型     309         879       196
                  繁殖比   0.466       0.903     0.576

耐性型は、競争に非常に弱い – 競争条件下(正常地)では生存しにくい

煤煙による土壌汚染

1975 Wu et al.

精錬所周辺9ヶ所及び正常地2ヶ所から土壌とAgrostis stolonifera採取
精錬所から散布される重金属は銅が主で亜鉛と鉛を多少含んでいた
汚染からの経過4年後で既に耐銅性を有する個体がみられる
→ 環境汚染から短い期間で耐銅性は広がる → 汚染前から耐銅性遺伝子は潜在していた

遺伝的多様性
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