JP2002535963A - 親により刷り込まれた形質による動物の選抜 - Google Patents

親により刷り込まれた形質による動物の選抜

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Abstract

(57)【要約】 本発明は、特に筋肉量及び/又は脂肪沈着などの、望ましい遺伝子型又は素質としての表現型の性質を有しており、屠殺される運命にある育種動物又は動物を選抜する方法に関する。本発明は、前記ブタから得たサンプルについて、Sus scrofa第2染色体に位置して2p1.7の付近の場所にマッピングされる量的形質遺伝子座(QTL)が存在しているかを試験することを含む、望ましい遺伝子型又は素質としての表現型の性質を有しているブタの選抜方法に関する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、望ましい遺伝子型又は素質としての表現型の性質を有しており、屠
殺される運命にある育種動物又は動物を選抜する方法に関し、特に筋肉量及び/
又は脂肪沈着に関する。
【0002】
【従来の技術】
家畜動物の育種計画は、これまで飼育性能の形質及び屠殺体の品質に焦点があ
てられてきた。この結果、生殖の成功、乳の生産、赤身/脂肪比、多産、成長速
度及び餌の効率の様な性質が改善された。比較的単純な性能試験のデータはこれ
らの改善に基礎をおくものであり、各々の影響は小さい多数の遺伝子により、選
抜された形質は影響されると推定されている(微小遺伝子モデル)。この分野に
おいて、現在いくつかの重要な変化が発生している。最初に、いくつかの育種生
物における育種の目的に、「伝統的な」生産形質に加えて、肉の品質の特性が含
まれるようになってきた。第二に、現在のそして新たな育種の目的形質には、こ
れまで依って来た微小モデルに反して、比較的大きな効果(主要遺伝子として知
られている)が関与しているという証拠が蓄積してきている。
【0003】 現代のDNA技術は、これらの主要遺伝子を活用する機会を与え、そしてこの
アプローチは肉の品質を改善するための非常に有望な方法であり、潜在的な育種
動物においては直接的な肉質の評価を行うことができないために特に有望である
。乳生産、赤身/脂肪比、多産、成長速度及び餌の効率の様な他の特徴について
も、現代のDNA技術は非常に有効である。また、生きている動物においてこれ
らの形質を測定することは、常に簡単ではない。
【0004】 主要遺伝子のいくつかに対する証拠は、元はといえば分断解析により、言い換
えればDNAマーカーの情報を用いずに得られた。後に、遺伝子地図においてそ
れらの遺伝子の位置を検出するための分子的な研究が行われた。非常に大きな効
果を有する対立遺伝子を除いて、実際には、経済的な重要な多くの形質の遺伝的
な性質を分析するためにDNAの研究が必要とされる。毛の色の様な、定性的な
形質を担っている遺伝子又はアリールの位置を決定するためにDNAマーカーを
使用することが可能であり、成長率、IMFなどの様な定量的な形質において実
質的に影響する遺伝子又はアリールを検出するためにもまた、それらを使用する
ことができる。この場合、そのアプローチはQTL(quantitative
trait locus:定量的形質遺伝子座)マッピングと呼ばれ、そこで
QTLは動物の核酸ゲノムの少なくとも一部分を含み、そこには前記の定量的な
形質(前記動物における、またはその子孫における)に影響することができる遺
伝的な情報が位置している。DNAレベルにおける情報は、集団において特定の
主要遺伝子が固定化する助けとなるだけでなく、既に選抜された定量的な形質を
選抜することの助けにもなる。表現型のデータに加えて、分子的な情報は選抜の
精度を増加させることができ、そしてそれによって選抜の反応を増加させること
ができる。
【0005】 肉の品質または屠殺体の品質を改善することは、肉の柔らかさ又は霜降りの様
なレベルの形質を変化させる事とは異なっているが、均質性を増加させる事とほ
とんど同等である。主要遺伝子が存在することは、肉の品質を改善するための優
れた機会を提供することになる。なぜなら、それは望む方向にふみだす大きなス
テップを与えるからである。第二に、我々が作製したものに適切な遺伝子を固定
することができるから、それはバラツキを減らす助けになる。他の観点は、主要
遺伝子を選抜することにより特定の市場のために分化することが可能となる、と
いうことである。いくつかの種において研究が進行中であるが、特にブタ、ヒツ
ジ、シカ及びウシにおいて研究が進行している。
【0006】 特に、肉の生産においての激しい選抜が行われた結果、いくつかの家畜種にお
いて、非常に筋肉質であり脂肪の少ない動物が得られた。近年、これらの表現型
の原因となる遺伝子のいくつかをマップしてクローン化することが実現可能とな
り、薬の開発(性能を改良する生産物)及び遺伝子導入を目的として、マーカー
により支援された選抜をより高い効率で行うという道が開かれた。リアノジン受
容体における変異(Fuji et al,1991;MacLennan a
nd Phillips,1993)及びミオスタチン(Grober et
al.1997;Kambadur et al.1997;McPherro
n and Lee,1997)は、それぞれブタとウシにおいて筋肉の肥大を
引き起こすことが示されており、一方、筋肉の発達及び/又は脂肪の沈着に大き
く影響する遺伝子は、例えばブタの第4染色体(Andersson et a
l.1994)とヒツジ第18染色体(Cocket et al.1996)
にマップされている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、QTLを同定することには成功したものの、その情報は商業的な育種
プログラムの中の限られた用途に、現在は限定されている。この分野の多くの研
究者は、QTLに基礎をなす特定の遺伝子を同定することが必要であるという結
論に達した。QTL領域は通常は比較的大きくて多くの遺伝子を含む可能性があ
るために、これは大きな課題である。関与しているかもしれない多くの遺伝子か
ら適切な遺伝子を同定することは、そのように家畜において大きなハードルとし
て残っている。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本発明は、望ましい遺伝子型又は素質としての表現型の性質を有する家畜を選
抜するための方法を提供し、本方法は親に刷り込まれた定性的な、又は定量的形
質遺伝子座(QTL)が存在しているかについて前記動物を試験する事を含む。
この中で家畜とは、望ましい遺伝子型又は素質としての表現型の性質を有する様
に選抜された動物から選抜され又は得られた動物として定義される。
【0009】 家畜は遺伝上及び表現型上の変化を豊富に提供する資源であり、伝統的な家畜
化には、望ましい遺伝子型又は素質としての表現型の性質を有する動物またはそ
の子孫の選抜が関与している。この選抜過程は過去の世紀において、メンデルの
遺伝法則の理解および利用が進むにつれて促進されてきた。家畜動物の育種プロ
グラムにおいての大きな問題の一つは、繁殖能力と生産物の形質との間の負の遺
伝的な相関である。この例として、ウシ(乳の生産が高くなると、一般的には雌
牛や雄牛はやせるという結果になる)、家禽(ブロイラーの系統は卵の生産レベ
ルが低く、レイヤーの筋肉の発達は一般的に低い)、ブタ(非常に多産の雌豚一
般的に太っていて、比較的に肉が少ない)またはヒツジ(多産の系統は屠殺体の
品質が低く、逆も同じである)がある。本発明は、種々の形質の親による刷り込
みまれた特徴の知見により、例えば親により刷り込まれたQTLのホモ接合性の
種オス系統の選抜を可能とし、その様なQTLの例として例えば筋肉の生産又は
成長と連結したQTLがあり、その様な形質の選抜は生殖上の性質のおかげで種
メス系統においてはそれほど難しくない。遺伝的または親による刷り込みという
現象は、家畜動物を選抜するにあたって決して使われることはなく、この判りづ
らい遺伝的な特質が実際の育種プログラムにおいて利用するのに適しているとは
決して考えられることはなかった。本発明は育種プログラムを提供し、その育種
プログラムにおいては望ましい形質についての親により刷り込まれた特徴の知見
が、ここに示されている様に、例えばBLUPプログラムにおいては、改変され
た動物モデルと共に育種プログラムを与えるという結果となる。これは育種価値
の評価の正確さを高め、従来の育種プログラムと比較して選抜の速度を速める。
現在まで、従来のBLUPプログラムの評価おいて親により刷り込まれた形質の
影響は無視されており、本発明で提供する様に望ましい形質の親の特徴を用いて
理解することにより、DNA試験を行わない場合でさえも親による刷り込みによ
って選抜することを可能となる。例えば、親による刷り込みによって特徴づけら
れる遺伝子を選抜することは、均一性を増加させることを助けるために提供され
、「良い、又は求められる」アリールについてホモ接合性である(末端の)親は
、親の他のアリールに関わらずそれらを全ての子孫に伝え、そして全ての子孫は
望ましい親のアリールを発現するであろう。この結果より均一な子孫が得られる
。母方由来の興味深い又は好ましいアリールは、しばしば父方由来のアリールと
は正反対の効果を有するものである。例えば、ブタの様な肉用の動物において、
筋肉間の脂肪または筋肉の量の様な肉の品質の形質と結びついているアリールは
種メス系統に固定することが可能であろうし、一方背中の脂肪の減少と結びつい
たアリールは種オス系統において固定することができるであろう。他の好ましい
組み合わせは、例えば、雌系統における多産性及び/又は乳の収量と、雄系統に
おける成長率及び/又は筋肉量である。
【0010】
【発明の実施の形態】
好ましい実施態様において、本発明は望ましい遺伝子型又は素質としての表現
型の性質を有する家畜動物を選抜するための方法を与えるものであり、本方法は
親から刷り込まれた定量的形質遺伝子座(QTL)の存在を調べるために前記動
物に由来する核酸サンプルを試験することを含む。核酸サンプルは一般的に、本
技術分野で知られている方法により動物の体の種々の部分から得ることができる
。核酸試験の目的のための伝統的なサンプルは、血液サンプル又は皮膚又は粘膜
表面サンプルであるが、他の組織由来のサンプルもまた使用することが可能であ
り、特に精子サンプル、卵母細胞又は胚サンプルを使用することができる。その
様なサンプルにおいて、特定の核酸の存在及び/又は配列は、それがDNA又は
RNAであろうと、本技術分野で知られている方法により測定することが可能で
あり、その様な方法には、本技術分野で知られているハイブリダイゼーション又
は核酸増幅又は配列決定の様な技術を用いることができる。本発明は、その様な
サンプルにおいて核酸の存在を試験することを提供し、QTL又はそれに加えて
関連しているアリールは親による刷り込みの現象と関連しており、例えばそれが
決定された所で、父方又は母方のいずれかに由来するアリールは、前記動物にお
いて優性に発現することが可能である。
【0011】 家畜における育種プログラムの目的は、動物の遺伝的構成を改善することによ
り、動物の性能を促進することである。この改善は本質的に、興味深い性質の性
能に影響する遺伝子の、最も好ましいアリールの頻度を増加させることにより生
じる。これらの遺伝子は、QTLと呼ばれている。90年代の初めまで、遺伝的
な改善は生物計測の方法を用いることにより達成されたが、基礎をなしているQ
TLについての分子的な知識は有していなかった。
【0012】 ゲノミックスの最近の発展のおかげで90年代の初めから、興味の対象である
形質の下にあるQTLを同定することが考えられるようになった。本発明は、Q
TLを同定すること及び使用することを提供し、QTLは定量的形質遺伝子座を
マッピングすることにより動物を選抜するのに有用である。再び、遺伝的現象又
は親により刷り込まれた現象は、家畜動物を選抜するのに使用されることはなく
、実際の育種プログラムにおいてこの判りづらい遺伝的な特性を用いることが可
能であると考えられることもなかった。例えばKovacs及びKloting
(Biochem.Mol.Biol.Int.44:399−405、199
8)において親による刷り込みは述べられても示唆されてもいないが、オスでは
なくメスラットにおいて形質の連関を見出していて、それは染色体領域と関連し
た性特異性がある可能性を示唆している。もちろんそこでは、一人の親の刷り込
まれた形質は、彼又は彼女の子孫において好適にしかし性非特異的に発現すると
いう、親による刷り込みは考慮されていない。
【0013】 本発明は、遺伝的マーカーを用いた連鎖解析による、親により刷り込まれたQ
TLのゲノム上の最初の位置決定、そして親により刷り込まれた遺伝子とその中
のカジュアルミューテーションの実際の同定を提供する。その様な親により刷り
込まれたQTLについての分子的な知識によって、より効率的な育種設計を提供
することが可能となる。育種プログラムにおける親により刷り込まれたQTLの
分子的な知識の応用には以下が含まれる。即ち、マーカーにより支援された分離
解析を行って興味の対象である集団中において、機能が異なっている親により刷
り込まれたQTLアリールを同定すること、親による刷り込みの現象の知見を用
いて、選抜の正確さや選抜強度を増加させることにより、又は世代間隔を減少さ
せることにより、遺伝的反応を増加させるために系統内でマーカーにより支援さ
れた選抜(MAS)をおこなうこと、ドナーからレシピエント集団へ親により刷
り込まれた好ましいQTLアリールを効率的に移入するためにマーカーにより支
援された遺伝子移入(MAI)をおこなうこと、同定された親に由来するQTL
の遺伝子工学及び形質転換技術を用いた種畜の遺伝的改変をおこなうこと、前記
QTLの分子的知見を利用した標的化した医薬開発を用いて性能を良くする生産
物を開発することである。
【0014】 本発明者らは、QTLの親による刷り込みを実際に使用する方法を決定するた
めに、2つの独立した実験を行った。
【0015】 前に述べたピエトレインxラージホワイトの交雑雑種において行われた第一の
実験において、父方より刷り込まれた(父方のアリールのみが発現した)モデル
及び母親より刷り込まれた(母方のアリールのみが発現した)モデルを基にして
、データの尤度をコンピューター解析し、従来の「メンデル型」QTLのモデル
を基にしたデータの尤度と比較した。QTLは実際に父方に由来して発現してお
り、F1の雌豚から遺伝したQTLアリール(ピエトレイン又はラージホワイト
)は、屠殺体の品質及びF2子孫の性質に対して影響が全くないことを、その結
果は強く示した。父方に由来して発現したQTLの存在を試験した時には、非常
に顕著なロッドスコアーが得られ、一方雌豚より伝達された染色体について研究
しているときには、QTLが分離しているという証拠は全くみられなかった。全
ての形質において同じ傾向が観察され、それは同一の刷り込まれた遺伝子が、異
なった形質において観察された効果を担っていることを示している。表1は、遺
伝した父方由来のQTLアリールにより分けられたF2子孫の、最大尤度(ML
)表現型平均を報告している。
【0016】 野生ブタxラージホワイトの交雑雑種において行われた第二の実験において、
体構成、肥満、肉質、及び生育の形質についてのQTL解析を第2染色体地図に
ついて行い、その解析において刷り込み効果の存在に対する統計モデル試験を用
いた。非常に遠位の先端である2pに位置しているQTLが、父方に由来して発
現しているという、明らかな証拠が得られた(図2、表1)。QTLが明らかに
父方に由来して発現しているということが、最小2乗法平均により明らかにされ
、その結果父方より遺伝したアリールの集団の起源によって2つのクラスに分類
された(表1)。与えられた、父方から刷り込まれたQTLについて、マーカー
により支援された分離解析、選抜(MAS)及び移入(MAI)を実施すること
が可能であり、その実施においてQTLと連鎖した遺伝マーカー、QTLと連鎖
不平衡(disequilibrium)であるマーカーを用いること、又はQ
TL中の実際のカジュアルミューテーションを用いることができる。
【0017】 QTLを特徴づける親由来の効果を理解すると、育種プログラムにおいてそれ
を最適に使用することができるようになる。実際に、親による刷り込みのモデル
の下でマーカーにより支援された分離解析を行うと、QTLアリール効果をより
良く評価する結果となる。更に、QTLを最適に利用するための特異的な育種計
画に適用することが可能となる。本発明の一つの実施態様において、最も好まし
いQTLアリールが動物系統に固定されるであろうし、マーカーにより支援され
た選抜(MAS、系統内)及びマーカーにより支援された移入(MAI、系統間
)により、例えば営利的な交雑種の雄を作出するのに使用されるであろう。他の
実施態様においては、MAS(系統内)及びMAI(系統間)により、営利的な
交雑種の雌を作出するために使用される動物系統に、最悪のQTLアリールが固
定されるであろう。
【0018】 本発明の好ましい態様においては、前記の動物はブタである。一例として、今
日において商業的に有名なピエトレインxラージホワイト交雑雑種のブタの子孫
の半分は、本発明で提供される様にラージホワイトの筋肉量の好ましくないQT
Lを遺伝しておりかなりの損失を引き起こす、という洞察を本発明は提供し、そ
して本発明はその観点において、集団のより良い半分を選抜する可能性を一例と
して提供する、ということに注意せよ。しかし、好ましくないアリールをブタに
おいて増加させた商業的な雌豚系統を選抜することもまた可能であり、それによ
って例えば生殖を目的としたより好ましい他のアリールを雌豚に備えさせること
ができる。
【0019】 本発明により提供された方法の好ましい態様において、前記QTLはブタの第
2染色体においてQTLに対応する場所に位置している。例えば、双方向的な染
色体ペインティングを含む、ブタとヒトとの間を比較したマッピングデータより
、SSC2pはHSA11pter−q1311,12 と相同であることが知られて
いる。HSA11pter−q13は、刷り込まれた遺伝子、即ちIGF2、I
NS2、H19、MAH2、P57KIP2、KV LQTL1、Tapa1/CD8
1、Orctl2、Impt1及びIp1、の遺伝子クラスターを有しているこ
とが知られている。HSA11pter−q13中に位置している刷り込まれた
遺伝子のクラスターは、母方に由来して発現した8つの遺伝子、即ちH19、M
ASH2、P57KIP2、KV LQTL1、Tapa1/CD81、ORCTL2
、IMPT1及びIP1、及び2つの父方に由来して発現した遺伝子である、I
GF2とINS2によって、特徴づけられる。しかしながら、Johanson
ら(Genomics 25:682−690,1995)及びReikら(T
rebds in Genetics,13:330−334,1997)は、
種々の動物におけるこれらの遺伝子座の位置は明らかでないことを示した。例え
ば、HSA11とMMU7の遺伝子座は互いの間で対応せず、MMU7とSSC
2の遺伝子座は対応せず、一方HSA11とSSC2の遺伝子座は対応している
ようであり、一つまたはそれ以上の遺伝子、例えば上記において同定した親に由
来して発現した個々の遺伝子が、3つの種の染色体においてどこに局在している
という示唆はない。
【0020】 例えばウシ、ヒツジ、家禽及び魚の様な他の家畜動物は、刷り込まれた遺伝子
又はQTLのその様なクラスターを有するそれらのゲノム中に類似の領域を有し
、本発明はこれにより、他の家畜動物におけるこれらのオーソロガス領域を、育
種プログラムにおいて親による刷り込みの現象に適用するための使用を提供する
。ブタにおいて、前記クラスターは、第2染色体の2p1.7の位置の付近にマ
ップされ、しかしながら、前記母方由来又は父方由来により発現したオーソロガ
ス又はホモロガス遺伝子又はQTL(の断片)を用いる本発明により提供された
方法は、育種及び選抜目的のみならず、他の動物において使用されたときにも有
利である。例えば、前記QTLが筋肉量及び/又は脂肪沈着の素質に関連してい
る方法が与えられ、その方法は好ましくは前記動物の肉質及び日々の体重増加(
gain)の様な他の形質には限られた影響しかもたず、そこにおいて前記QT
Lはインシュリン様成長因子−2(IGF−2)アリールの少なくとも一部分を
含む。Reikら(Trebds in Genetics,13:330−3
34,1997)は、この遺伝子はヒトにおいてBeckwith−Wiede
mann症候群に関係していると説明しており、これは明らかに親により刷り込
まれたヒトの胎児において最も一般的に見られる病気症候群であり、その遺伝子
は生前発達において非常に重要な役割を有している。筋肉発達又は(家畜)動物
における肥満度に関与している、生後の発達との関連は示されても示唆されても
いない。
【0021】 好ましい態様においては、本発明は望ましい遺伝子型又は素質としての表現型
の性質を有するブタを選抜するための方法であり、本方法はSus scrof
a第2染色体マッピングの2p1.7の場所に位置している定量的形質遺伝子座
(QTL)が存在しているかを、前記ブタに由来したサンプルにおいて試験する
ことを含む。特に本発明は、ブタにおいて屠殺体の収率と品質に影響する、親に
より刷り込まれた定量的形質遺伝子座(QTL)のマーカー選抜(MAS)にお
いて、ブタ染色体2pのテロメリックエンドを遺伝的マーカーとして使用するこ
とに関する。更に、本発明はブタのMASにおいてIGF2遺伝子座を連結した
遺伝的マーカーの使用を使用することに関し、その例として多型性及びマイクロ
サテライト及び、例えば図4から10に示されている様な他の特徴的な核酸配列
がある。好ましい態様において、本発明は、屠殺体の品質及び量の種々の測定値
、特に筋肉量及び脂肪沈着に影響する、Sus scrofa第2染色体の遠位
先端に位置したQTLを提供する。
【0022】 最初の実験において、200匹のF2個体を数える、野生ブタXラージホワイ
トの交雑雑種において、QTLマッピング解析を行った。F2動物を、少なくと
も80kgの生体重又は最大190日齢において屠殺した。誕生した時の体重、
生育、脂肪沈着、体構成、内部臓器の重量、及び肉の品質に関する表現型のデー
タを採取し、表現型の形質の詳しい記述はAnderssonら2 とAnder
sson−Eklundら4 により与えられた。
【0023】 第2染色体の基部末端上の特定されない遺伝子座にあり、筋肉量に対して緩和
な影響を有し、ここで報告された親により刷り込まれたQTLから約30cM離
れた位置にあるQTL(背中の脂肪厚さに対する顕著な影響はない)が、本発明
者らにより過去に報告されているが、一方ここで提供されるQTLは非常に大き
な影響を有し、分散の少なくとも20−30%を説明し、本発明のQTLを商業
的に非常に魅力あるものとし、このQTLは親により刷り込まれてるためにより
魅力的ですらある。染色体2pのマーカー地図は、染色体アーム全体を覆う為に
マイクロサテライトマーカーを添加することにより、本発明の一部として改善さ
れた。下記のマイクロサテライトマーカー、即ちSwc9、Sw2443、Sw
2623、及びSwr2516が使用され、全ては2pの遠位末端に由来してい
る。体構成、肥満度、肉の品質、及び生育の形質のQTL解析は、新たな第2染
色体地図により行われた。QTLが2pの非常に遠位の先端に位置しているとい
う明らかな証拠が得られた(図1、表1)。そのQTLは腿肉における赤身の肉
の含量に非常に大きな影響を有しており、F2集団において残差表現型分散の、
驚いたことに30%を説明した。背最長筋面積、心臓重量、及び背中の脂肪の厚
さ(皮下脂肪)に対する大きな影響もまた認められた。一つの肉質形質であるリ
フレクランス(reflectance)値に対する中程度の影響もまた示され
た。そのQTL値は腹部の脂肪、誕生時の体重、生育、肝臓、腎臓、又は脾臓の
重量(データは示さず)に対しては顕著な影響は有していなかった。このQTL
におけるラージホワイトアリ−ルは、より大きな筋肉量及び背中の脂肪厚さの減
少と結びついており、それはこの系統と野生ブタ集団の差と一致していた。
【0024】 第二の実験において、1125匹のF2子孫を含むピエトレインxラージホワ
イトの交雑雑種において、QTLマッピングを行った。ラージホワイトとピエト
レインの親系統は、多くの経済的に重要な表現型において異なっている。ピエト
レインは例外的に筋骨がたくましく贅肉のないこと(図2)で有名であり、一方
ラージホワイトは優れた成長性を示す。21の別個の表現型である、成長性(5
)、筋骨のたくましさ(6)、脂肪沈着(6)、及び肉質(4)の測定値を、全
てのF2子孫について記録した。これらの血統間の遺伝的な相違の基礎をなして
いるQTLをマップするために、本発明者らは677匹のF2個体の最初のサン
プルにマイクロサテライトマーカーを用いることにより、全ゲノムスキャンを企
てた。下記のマイクロサテライトマーカー地図を、第2染色体を解析するために
使用した。即ち、SW2443、SWC9及びSW2623、SWR2516−
(0.20)−SWR783−(0.29)−SW240−(0.20)−SW
776−(0.08)−S0010−(0.04)−SW1695−(0.36
)−SWR308である。最大尤度多点アルゴリズムを用いたブタ第2染色体の
解析により、第2染色体の短腕(shortarm)遠位先端(図1)において
、筋骨のたくましさを測定した6つの表現型のうちの3つ(赤身率、腿肉率、腰
肉率)及び脂肪沈着を測定した6つの表現型のうちの3つ(背中脂肪厚さ(BF
T)、背脂肪率、脂肪率)について、非常に顕著なロッドスコアー(最大20)
が見られた。残りの6つの筋力及び肥満度の表現型について、対応する染色体領
域においてポシティブなロッドスコアーが得られたが、しかし、実験における有
意差の閾値には達しなかった(α=5%)。成長性(誕生時の体重を含む)又は
記録された肉質測定値(データを示さず)に対する、相当するQTLの効果につ
いては何の証拠もなかった。この発見を確かめるために、355匹のF2子孫の
残りのサンプルを、4つの最も遠位の2pマーカーについて遺伝子型を解析し、
そして最初の解析において最も高いロッドスコアーが得られる形質についてQT
L解析を行った。ロッドスコアーは2.1から7.7の範囲となり、この領域に
主要なQTLが存在していることを明確に支持した。表2は、残差分散のみなら
ず、3つの遺伝子型の平均について、対応するMLの評価を報告したものである
。マーカーにより支援された分離解析に基づいた証拠は、ピエトレイン集団中に
おいてこの遺伝子座において残余分離(residual segregati
on)があることを示すものである。
【0025】 そこでこれらの実験は、ブタ染色体アーム2pのテロメリックエンドにおいて
、屠殺体の品質及び量に大きく影響するQTLが存在することを、即ち、少なく
とも3つのアリール:即ち野生ブタ<ラージホワイト<ピエトレイン、を有する
一連のアリルがこのQTLにおいて存在するらしいこと、及びピエトレイン系統
中で観察された分離もまた、おそらく示している。
【0026】 同定されたQTLが筋肉量及び脂肪沈着に対して及ぼす影響は実際に大きく、
CRC遺伝子座について報告されたものと同程度であるが、肉の品質に対する関
連した有害な効果は明らかに有していなかった。両者の遺伝子座は連帯して、筋
肉のたくましさと赤身の多さについてのピエトレインとラージホワイト系統の相
違の50%近くを説明すると、我々は評価している。そのQTLは、腿肉におけ
る赤身の含量に大きな影響を有しており、F2集団における残った表現型の分散
の驚くべきことに30%を説明した。背最長筋の範囲、心臓重量、及び背中の脂
肪の厚さ(皮下脂肪)に対する大きな影響もまた認められた。一つの肉質形質で
ある反射率(reflectance)値に対する中程度の影響もまた示された
。そのQTL値は腹部の脂肪、誕生時の体重、生育、肝臓、腎臓、又は脾臓の重
量(データは示さず)に対しては顕著な影響は有していなかった。野生ブタアリ
ールと比較した時、このQTLにおけるラージホワイトアリ−ルは、より大きな
筋肉量及び背中の脂肪厚さの減少と結びついており、それはこの系統と野生ブタ
集団の差と一致していた。影響を受けた全ての形質において観察された強力な刷
り込み効果は、単一の原因遺伝子座が関与していることを示す。骨格筋量と心臓
の大きさに対する多面的な効果は、筋肉量が多くなるとより多くの心拍出量が必
要であるという、生理学的な見地より受け入れられる様に思われる。
【0027】 更なる態様においては、本発明は望ましい遺伝子型又は素質としての表現型の
性質を有するブタを選抜する方法を提供し、本方法は前記ブタから由来したサン
プルに、2p.7の場所にSus scrofa第2染色体マッピングに位置し
た量的形質遺伝子座(QTL)が存在するかを試験することを含み、前記QTL
はSus scrofaインシュリン様成長因子−2(IGF2)アリルの又は
それに近く関連したゲノミック領域の少なくとも一部分を含み、それには例えば
多型性やマイクロサテライトや、図4から10に示される中に見られる他の特徴
づけられる核酸配列がある。出生前発生におけるIGF2の重要な役割は、ノッ
クアウトマウスのみならず、それのヒトのBeckwith−Wiedeman
n症候群の原因となる役割から、良く立証されている。本発明は、出生後発達に
おけるIGF−2領域の重要な役割もまた述べる。
【0028】 IGF2の役割を示すために、本発明者らは下記の3つの実験を行った。
【0029】 IGF2のゲノミッククローンを、ブタのBACライブラリーから単離した。
このBACクローンを用いたFISH解析は、染色体2pの終末部分上に一定し
た強いシグナルを与えた。
【0030】 多型性マイクロサテライトは、ネズミ(GenBank U71085)、ヒ
ト(GenBank S62623)及びウマ(GenBank AF0205
98)において、IGF2の3’UTRに位置していた。対応するブタのマイク
ロサテライトが存在する可能性を、BACクローンを用いたIGF2の3’UT
Rの直接的な配列決定により検討した。複雑なマイクロサテライトが終止コドン
の約800bp下流に同定され、配列比較を行ったところ、このマイクロサテラ
イトは前に述べられた不明のマイクロサテライトであるSwc96 と同じである
ことが判った。このマーカーは最初のQTLマッピング実験において使用され、
遺伝子地図におけるその位置は、ピエトレインxラージホワイ及びラージホワイ
トx野生ブタ血統の両者において、QTLの最も可能性の高い位置に対応してい
た。
【0031】 ブタIGFII遺伝子及びSWC9の第2エキソンにおいて、nt241(G
−A)トランスバージョンについてヘテロ接合性である、10週齢の胎児骨格筋
及び肝臓cDNAの解析により、IGFII遺伝子はブタにおいてこれらの組織
に刷り込まれ、親のアリールのみが発現していることが示された。
【0032】 発表されたブタの成熟した肝臓のcDNA配列16に基づいて、成熟した骨格筋
cDNAに由来する222bpのリーダー及び280bpのトレイラー配列を有
し、全igfIIコード配列を増幅できるプライマー対を、本発明者らは設計し
た。ピエトレイン及びラージホワイトのRT−PCR生成物の配列を決定し、コ
ード領域は両方の血統において発表された配列と同じであった。しかし、ヒトの
エキソン2に対応するリーダー配列において、G−Aトランジッションが見出さ
れた。一般的な学名命名法に従い、この多型性をnt241(G−A)と呼ぶこ
ととする。我々は、この単一ヌクレオチド多型性(SNP)のスクリーニング試
験を、ライゲーション増幅反応(LAR)に基づいて開発し、我々の血統材料の
遺伝子型の決定が可能となった。これらのデータに基づいて、igfIIはSW
C9マイクロサテライトマーカーと共に局在することが示され(θ=0%)、そ
のためにQTLの最も可能性の高い位置とほとんど一致しており、QTLについ
て95%の支援距離(support interval)内にあった。引き続
き配列解析を行うと、マイクロサテライトマーカーSWC9は、igfII遺伝
子の3’UTR内に実際に位置していることが示された。
【0033】 前に述べた様に、このQTLの知見は、屠殺体が改良されているという利点を
有するブタの様な動物を選抜する方法を与える。本発明の異なった態様が考えら
れる。即ち、興味のある集団において機能が異なったQTLアリールの分離を同
定するためのマーカーにより支援された分離解析;選抜の正確さや選抜強度を増
加させることにより又は世代間隔を減少させることにより遺伝的反応を増加させ
ための、系統内で行われるマーカーにより支援された選抜(MAS);ドナーか
らレシピエント集団へ好ましいQTLアリールを効率的に移入し、それによって
レシピエント集団において遺伝的な反応を促進する、マーカーにより支援された
遺伝子移入(MAI)である。マーカーにより支援された分離解析、選抜(MA
S)、及び遺伝子移入(MAI)の実施態様は、QTLと連結した遺伝的マーカ
ー;QTLとの結合が不平衡(in linkagedisequilibri
um)である遺伝的マーカー、QTL中の実際のカジュアルミューテーション、
を用いて行うことができる。
【0034】 更なる態様において、本発明は望ましい遺伝子型又は素質としての表現型の性
質を有するブタを選抜する方法を提供し、本方法には前記ブタから由来したサン
プルにおいて、Sus scrofa第2染色体マッピングの2p.7の場所に
位置する量的形質遺伝子座(QTL)が存在しているかを試験することを含み、
そこで前記QTLは父方に由来して発現しており、即ち父方のアリールより発現
している。ヒト及びマウスにおいて、Igf2はいくつかの臓器において専ら父
方のアリールから刷り込まれて発現することが知られている。SNP及び/又は
SWC9についてヘテロ接合性であるブタ由来の骨格筋cDNAの解析により、
同様の刷り込みがブタにおいても保持されていることが示された。本発明により
提供されたQTLを特徴づけている、親に由来する効果を理解することにより、
育種プログラムにおいてそれを最大に使用することが可能となる。本当に、今日
において商業的に有名なピエトレインxラージホワイト交雑雑種のブタの子孫の
半分は、好ましくないラージホワイトのアリールを遺伝しており、かなりの損失
を引き起こしている。本発明により提供された方法を用いると、この問題を回避
することができる。
【0035】 本発明は更に、片方の親のアリールによって優性に発現することが可能な、親
により刷り込まれた量的形質遺伝子座(QTL)又はその断片を含む、単離され
た及び/又は組み換えられた核酸又はそれより得られた断片を提供する。本発明
により提供されたその様な核酸を有することは、好ましい遺伝子が片方の親のア
リールにより専ら又は優性に発現することが可能である形質転換動物の構築を可
能とし、それにより前記動物の子孫は、発現した親のアリールに関係した望まし
いの性質を有する望ましい形質についてホモ接合性を備える。
【0036】 好ましい態様において本発明は、少なくとも一つの染色体に由来する、親によ
り刷り込まれた人工的な量的形質遺伝子座(QTL)又はその断片を含む、単離
された及び/又は組み換えられた核酸又はそれより得られた断片を提供する。こ
こで人工的とは、種々の因子が一つ又はそれ以上の動物のゲノムに由来し、異な
った位置よりもたらされた因子と結合した、親により刷り込まれた量的形質遺伝
子座(QTL)のことをいう。本発明は、一つのQTLの親による刷り込みに関
係した配列が、第2のQTLの遺伝子又は好ましいアリールに関連した配列と結
合した、組み換えた核酸を提供する。その様な遺伝子構築物は、第2のQTLが
父方に由来した刷り込みを備えた形質転換動物を得る目的で好んで使用されてお
り、第2のQTLを得た天然型動物遺伝パターンとは対立している。その様な第
2のQTLは、例えば親による刷り込みの領域が位置している染色体と同じ染色
体から得ることが可能であるが、同じ種又は異なった種にすら由来する異なった
染色体からも得ることができる。ブタにおいて、その様な第2のQTLは例えば
エストロゲン(oestrogen:ESR)受容体遺伝子(Rothschi
ld et al,PNAS,93,201−201,1996)、又はFAT
−QTL(Andersson,Science,263,1771−1774
,1994)と関連していることが可能であり、例えば第4染色体の様なブタの
他の染色体から得ることがある。第2の又は更なるQTLを、他の(家畜)動物
又はヒトより得ることもまたできる。
【0037】 本発明は更に、単離された及び/又は組み換えた核酸又はそれより得られた機
能を保持した断片を提供し、その核酸の少なくとも一部はブタのSus scr
ofa第2染色体マッピングの2p.7の場所に位置するブタのQTLに対応し
、前記QTLは前記ブタにおける筋肉量及び/又は脂肪沈着の素質に関連し、及
び/又は前記QTLはSus scrofaインシュリン様成長因子−2(IG
F2)アリールの少なくとも一部分を含み、好ましくはINS及びH19間の領
域に少なくともかかっており、又は好ましくはピエトレイン、メイシャン(Me
ishan)、ズロック(Duroc)、ランドレース(Landrace)、
ラージホワイトの様な家畜動物、又は野生ブタより得られる。例えば、ブタBA
Cライブラリーのスクリーニングより、ゲノミックIGF2クローンが単離され
た。このBACクローンを用いたFISH解析は、染色体2pの終末部分におい
て強力な一定のシグナルを与えた。多型性のマイクロサテライトが、ネズミ(G
enBank U71085)、ヒト(GenBank S62623)及びウ
マ(GenBank AF020598)において、IGF2の3’UTRに位
置していた。複雑なマイクロサテライトが終止コドンの約800bp下流に同定
され、配列比較を行ったところ、このマイクロサテライトは前に述べられた不明
のマイクロサテライトであるSwc9と同じであることが判った。PCRプライ
マーを設計し、2つの元祖野生ブタと8つの元祖ラージホワイト中の他の2つの
間で異なっているアリールが3つあり、マイクロサテライト(IGF2ms)は
高度に多型性であることがわかった。それぞれのF2動物についてのそれぞれの
アリールについて、親の素性のみなら系統の素性も確信をもって決定することが
できたため、交雑雑種においてもIGF2msの情報量は多かった。
【0038】 交雑雑種血統を用いた連鎖解析を、IGF2ms及びSw2443、Sw26
23、及びSwr2516のマイクロサテライトについて行い、これらマイクロ
サテライトは全て2p7 の遠位末端に由来している。IGF2は高度に有意なロ
ッドスコアによって確実に同定された(例えば、Swr2516に対してz=8
9.0、θ=0.003)。過去にタイプされた第2染色体マーカーを含んだ多
点解析(multipoint analyses)により、下記の遺伝子座の
順番が判った(kosambi cMにおける性平均マップ距離)。即ち、Sw
2443/Swr2516−0.3−IGF2−14.9−Sw2623−10
.3−Sw256である。Sw2443とSwr2516の間に組み換えは見ら
れず、これらの遺伝子座と関連して示唆されたIGF2の基部位置は単一の組み
換えに基づいており、報告されたオーダーについて0.8のロッドスコアサポー
トを与えている。過去における我々のQTL研究において、最も遠位のマーカー
であるSw256は、連鎖グループの遠位末端から約25cMに位置していた。
【0039】 本発明は更に、本発明の方法による、本発明の核酸又はそれより得られた機能
を有する断片の使用を提供する。好ましい態様において、本発明による方法の使
用は、望ましい遺伝子型又は素質としての表現型の性質を有しており、畜殺され
る運命にある育種動物又は動物、又はこれらの動物より得られた胚又は精液を選
抜するために提供される。特に本発明は、前記の性質が筋肉量及び/又は脂肪沈
着に関連している様な使用を提供する。本発明により提供されるQTLは、例え
ば、集団中においてマーカーにより支援された選抜を行うこと、又は一つの集団
から他へ好ましいアリールをマーカーにより支援された遺伝子移入を行うことに
より、肉の赤身含量の多い又は背中の脂肪の厚さを改善するために利用すること
又は使用することが可能である。本発明により提供されるQTLを用いたマーカ
ーにより支援された選抜の例として、連鎖したマーカー又は連鎖不平衡(dis
equilibrium)のマーカーを用いて機能が別個であるQTLアリール
を同定するために、マーカーにより支援された分離解析を使用することがある。
更に、QTLにおいて原因となる変異を同定することが現在可能であり、機能が
異なったQTLの同定へと再びつながっていく。骨格筋量、心臓の大きさ、そし
て背中の脂肪の厚さに対して大きな影響を有し、染色体2pの遠位先端に位置し
、機能が別個であるその様なQTLアリールもまた本発明により与えられた。ピ
エトレインxラージホワイトの交雑雑種のみならず、ラージホワイトx野生ブタ
における類似のQTL効果の観察により、機能が異なった一連のアリールが少な
くとも3つ存在する証拠が与えられた。更に、マーカーにより支援された分離解
析に基づいた予備的な証拠は、ピエトレイン集団中においてこの遺伝子座に残余
分離(residual segregation)があることを指している(
データを示さず)。本発明により提供された一連のアリールの発生は、観察され
た効果の定量的性質に基づいて原因となる多型性を同定することを可能とし、そ
の様な多型性は全体の遺伝子の交代ではなさそうであり、むしろ微妙に調節され
た変異である。3つのアリールが筋肉量に及ぼす影響は、それらの系統において
それらが見つかったのと同じ順番にならぶ。即ち、ピエトレインのブタはラージ
ホワイトのブタと比較してより筋肉質であり、ラージホワイトもまた野生ブタと
比較して赤身含量が多い。本発明は更に、本発明により提供されたアリールを、
系統内における選抜のため、又はマーカーにより支援された遺伝子移入のための
使用を提供し、マーカーにより支援された遺伝子移入は、連結したマーカー、連
鎖不平衡(disequilibrium)におけるマーカー、又は原因となる
変異を含むアリールを用いて行われる。
【0040】 本発明は更に、本発明の方法を用いることにより選抜された動物を提供する。
例えば、Sus scrofa第2染色体マッピングの2p.7の場所に位置す
るQTLのアリールがホモ接合性であるという特徴を有するブタを選抜すること
が現在可能であり、それによって本発明により提供される。前記QTLは、前記
ブタにおける筋肉量及び/又は脂肪沈着の素質に関連しており、及び/又は前記
QTLはSus scrofaインシュリン様成長因子−2(IGF2)アリー
ルの少なくとも一部分を含み、育種に使用するか又は屠殺するための有望なブタ
を選抜することが可能である。特に、オスである本発明による動物が提供される
。その様なオス、又はそれより得られた精子又は胚は、育種系統又は屠殺される
運命にある最終的な育種動物を作出するために使用することにおいて有利である
。本発明により提供されるその様な使用の好ましい態様において、極度に筋肉が
肥大して赤身が多いことの原因となるアリールがホモ接合性であるように故意に
選択されたオス又はその精子が、その様なアリールについてヘテロ接合性である
子孫を作製するために使用される。前記アリールが父親に由来して発現するため
に、たとえメスの親が異なった遺伝的背景を有していても、前記子孫もまた例え
ば筋肉量と関連した好ましい形質を示すであろう。更に、例えば多産性に関連し
た様な異なった形質を有するメスを積極的に選抜することが今は可能であり、そ
のメスは選抜されたオスに由来するアリールから遺伝した筋肉量の形質について
は否定的な影響を有しない。例えば、その様なオスは以前にピエトレインのブタ
においてたまに見られたが、育種プログラムにおいてこの様な形質をいかにした
ら最も有利に使用できるについては、遺伝的には理解されていなかった。
【0041】 更に本発明は、本発明により提供された親により刷り込まれた人工的とはQT
L又は機能を保持したその断片を含む形質転換動物、それより得られた精子及び
胚を提供し、即ち、好ましい組み換えアリールを導入することが本発明により提
供され、その例として動物の一腹の子の大きさ(litter size)の増
加に関係しているエストロゲン(oestrogen)レセプター遺伝子座を、
祖父母動物において親により刷り込まれた領域にホモ接合性に導入すること(そ
の領域が父方に由来して刷り込まれ、その祖父母が牡豚であるならば、雑種雌豚
の父親が一例である)、脂肪に関連した好ましいアリール又は筋肉量に関連した
組み換えたアリールを、父方に由来した刷り込まれた領域に導入すること、及び
それらがある。母方に由来した興味深い又は好ましい組み換えたアリールは、し
ばしば父方に由来したアリールと反する効果を有する。例えば、ブタの様な肉用
動物においては、筋肉間脂肪又は筋肉量の様な肉の品質と連結した組み換えアリ
ールを種メス系統に固定することが可能であり、一方背中の脂肪の減少と連結し
たアリールを種オス系統に固定することが可能である。他の好ましい組み合わせ
は、例えばメス系統における多産性及び/又は乳の収量と、オス系統における成
長率/及び又は筋肉量である。 本発明を詳細な説明において更に説明するが本発明を限定するものではない。
【0042】
【実施例】
実施例1:野生ブタxラージホワイト交雑雑種 実験方法 IGF2BACクローンの単離と蛍光インジツ(in situ)ハイブリダイ
ゼーション(FISH) 最後のエキソンの一部と3’UTRを増幅するためのIGF2のプライマー(
F:5’−GGCAAGTTCTTCCGCTAATGA−3’及びR:−GC
ACCGCAGAATTACGACAA−3’)を、ブタIGF2のcDNA配
列(GenBANK X56094)を基にして設計した。ブタBACライブラ
リーをスクリーニングするために、そのプライマーを用いてクローン253G1
0を単離した。クルードなBAC DNAを、述べられたようにして24調製した
。BAC DNAをEcoRVで平滑化し、QIAEXII(QIAGEN G
mbH、ドイツ)で精製した。そのクローンを、GIBCO−BAL Bion
ickラベリングシステム(BRL18246−015)を用いて、ビオチン−
14−dATPでラベルした。標準的な手段を用いて、ブタの中期の染色体を、
ヤマゴボウ(Seromed)で刺激したリンパ球から得た。スライドを室温に
2日間置き、その後は使用するまで−20℃で保存した。すでに述べられた様に
、FISH解析25を行った。ハイブリダイゼーション混合液中におけるプローブ
の最終濃度は10ng/μlであった。反復配列は、ブタのゲノミックDNAの
標準濃度に抑えた。ハイブリダイゼーション後の洗浄を行った後に、ビオチン化
したプローブを、2層のアビジン−FITC(ベクターA−2011)で検出し
た。染色体を、0.3mg/mlのDAPI(4、6−ジアミノ−2−フェニル
インドール;シグマD9542)で対比染色したところ、G−バンド様のパター
ンが作られた。第2染色体はバンディングしなくても容易に認識されるため、ハ
イブリダイゼーション後のバンディングは必要ではなかった。合計して20の中
期スプレッドを、IMAC−CCD S30ビデオカメラとISIS1.65(
メタシステムズ)ソフトウェアを備えた、オリンパスBX−60蛍光顕微鏡で検
査した。
【0043】 配列決定、マイクロサテライト及び連鎖解析 20pmoleのプライマーとビッグダイターミネーターケミストリー(パー
キンエルマー、USA)と共に、約2μgの平滑化され精製されたBAC DN
Aを、直接的な配列決定に使用した。最後のエキソン3’末端からUTRの3’
末端に向けて、マイクロサテライトが検出されるまでDNA配列決定を行った。
約250bpの長さであり終止コドンからおよそ800bp下流に位置している
IGF2のマイクロサテライトを増幅するために、プライマー対(F:5’−G
TTTCTCCTGTACCCACACGCATCCC−3’及びR:5’−フ
ルオレセイン−CTACAAGCTGGGCTCAGGG−3’)を設計した。
そのマイクロサテライトを蛍光でラベルされたプライマーを用いてPCR増幅し
、ABI377シークエンサー及びGeneScan/Genotypeソフト
ウェアー(パーコンエルマー、USA)を用いてジェノタイピングを行った。C
ri−Mapソフトウェアー26を用いて、2点及び多点連鎖解析を行った。
【0044】 動物及び表現型データ 交雑雑種系統は、オスのヨーロッパ野生ブタ2頭とメスのラージホワイト8頭
、F1オス4頭とF1メス22頭、及びF2子孫1 200頭を含んでいた。F2
動物を、少なくとも80kgの生体重又は最大190日齢で屠殺した。誕生時の
重量、生育、脂肪沈着、体構成、内部器官の重量に関する表現型、及び肉の品質
に関するデータを収集し、表現型の形質の詳細な記載はAnderssonら1
及びAndersson−Eklundら4 により与えられた。
【0045】 統計学的な解析 QTLの存在についての距離(interval)マッピングは、異型交配し
た系統間の交雑解析のために開発された最小2乗法により行った27。その方法は
、2つの相違した系統はいずれか一方のQTLアリールに固定されている、とい
う推定に基づいている。それぞれの遺伝子座において祖父母由来のアリールに関
しては、F2世代には4つの遺伝子型の可能性がある。これにより、相加、優性
、及び刷り込み2 、という3つの効果にフィットさせることが可能となる。後者
は2つの型のヘテロ接合体の間の相違であると評価され、その1つはF1の種オ
スを通じての野生ブタのアリールを受け取り、そして1つはF1の種メスを通じ
てそれを受け取る。このモデル(3.d.fを有する)対還元した(reduc
ed)モデルを用いてF比を計算し、還元した(reduced)モデルは第2
染色体のそれぞれのcMについてQTLの影響を受けない。QTLが最もありそ
うな場所は、最大のF値を与える位置として得られた。ゲノムに関する有意差閾
値は、述べられた様に行った2 順列試験28によって、経験的に得られた。刷り込
み効果を含むQTLモデルをQTLを含まないモデル(1.d.fを有する)と
比較して、刷り込み効果が有意であるか試験を行った。
【0046】 統計学的なモデルには、固定化された効果及びそれぞれの形質に関連した共分
散(covariates)もまた含まれる。使用した統計的なモデルのより詳
細な記述については、Andersson−Eklundら4 を見よ。背景とな
る遺伝的な効果及び母方由来の効果を説明するために家族を含めた。屠殺体の重
量は、連関している形質に関するQTLの効果を識別するための共分散に含まれ
、これは体構成に関わる全ての結果は同等の体重において比較されることを意味
している。IGF2遺伝座における各遺伝子型クラスについての最小2乗法は、
SAS29のGLMの方法を用いて単一点解析により評価され、そのモデルには距
離(interval)マッピング解析において用いられたものと同様の、固定
化した効果と共分散が含まれた。QTLは、明確に親に由来する特異的な発現を
示し、マップした場所はインシュリン様成長因子II遺伝子(IGF2)の場所
と一致しており、IGFが原因となる遺伝子であることを示している。非常に顕
著な分離の歪み(過剰な野生ブタ由来のアリール)が、この遺伝子座においても
また観察された。この結果は、出生後の発達においてIGF2領域が重要な影響
を有していることを示しており、父方より発現したIGF−2に連鎖したQTL
が、ヒトやゲッシ類生物のモデルにおいて存在することは、実験計画やデータの
統計的な処理のためにこれまで見過ごされて来た、という事がありそうである。
この研究は、定量的遺伝学のモデル及び実際のブタ育種にもまた、重要な関わり
がある。
【0047】 IGF2は、ブタ染色体2pとヒト染色体11pの間に見られる類似性のため
に、このQTLの候補遺伝子としての素質がある。ゲノミックIGF2のクロー
ンは、ブタBACライブラリーをスクリーニングすることにより単離された。こ
のBACクローンによるFISH解析は、染色体2pの末端部分に強力な一定の
信号を与えた(図1)。多型のマイクロサテライトが、ネズミ(GenBank
U71085)、ヒト(GenBank S62623)及びウマ(GenB
ank AF020598)において、IGF2の3’UTRに位置していた。
ブタにおいて対応するマイクロサテライトが存在している可能性を、BACクロ
ーンを用いたIGF2の3’UTRを直接的に配列決定することにより検討した
。複雑なマイクロサテライトが終止コドンの約800bp下流に同定され、配列
の比較を行ったところ、このマイクロサテライトは前に述べられた不明のマイク
ロサテライトであるSwc96 と同一であることが判った。PCRプライマーが
設計され、2つの元祖野生ブタと8つの元祖ラージホワイト中の2つの間で異な
っているアリールが3つあり、マイクロサテライト(IGF2ms)は高度に多
型性であることがわかった。それぞれのF2動物についてのそれぞれのアリール
について、親の素性のみなら系統の素性も確信をもって決定することができたた
め、交雑雑種においてもIGF2msの情報量は多かった。
【0048】 交雑雑種血統を用いた連鎖解析をIGF2ms及びSw2443、Sw262
3、及びSwr2516のマイクロサテライトについて行い、それらのマイクロ
サテライトは全て2p7 の遠位に由来している。IGF2は高度に有意なロッド
スコアによって確実に同定された(例えば、Swr2516に対してz=89.
0、θ=0.003)。過去にタイプされた第2染色体マーカーを含む、多点解
析(multipoint analyses)により、下記の遺伝子座の順番
が判った(kosambi cMにおける性平均マップ距離)。即ち、Sw24
43/Swr2516−0.3−IGF2−14.9−Sw2623−10.3
−Sw256である。Sw2443とSwr2516の間に組み換えは見られず
、これらの遺伝子座と関連して示唆されたIGF2の基部位置は単一の組み換え
に基づいており、報告されたオーダーについて0.8のロッドスコアサポートを
与えている。過去における我々のQTL研究において、最も遠位のマーカーであ
るSw256は、連鎖グループの遠位末端から約25cMに位置していた。
【0049】 IGF2について予想されている刷込効果が存在している可能性について、統
計学的なモデル試験を用いて、新たな第2染色体地図により、体構成、肥満度、
肉の品質、及び生育の形質のQTL解析を行った。2pの非常に遠位の先端に位
置しているQTLが父方に由来して発現しているという、明らかな証拠が得られ
た(図2、表1)。そのQTLは腿肉における赤身の肉の含量に非常に大きな影
響を有しており、F2集団において残差表現型分散の、驚いたことに30%を説
明した。背最長筋の範囲、心臓重量、及び背中の脂肪の厚さ(皮下脂肪)に対す
る大きな影響もまた認められた。一つの肉質形質である反射率(reflect
ance)値に対する中程度の影響もまた示された。そのQTL値は腹部の脂肪
、誕生時の体重、生育、肝臓、腎臓、又は脾臓の重量(データは示さず)に対し
ては顕著な影響は有していなかった。このQTLにおけるラージホワイトアリー
ルは、大きな筋肉量及び背中の脂肪厚さの減少と結びついており、それはこの系
統と野生ブタ集団の差と一致していた。影響を受けた全ての形質において観察さ
れた強力な刷り込み効果は、単一の原因遺伝子座が関与していることを示す。骨
格筋量と心臓の大きさに対する多面的な効果は、筋肉量が多くなるとより多くの
心拍出量が必要であるという、生理学的な見地より受け入れられる様に思われる
。このQTLが明らかに父方に由来して発現しているということが、最小2乗法
平均により明らかにされ、その結果父方より遺伝したアリールの集団の起源によ
って2つのクラスに分類された(表1)。これは注目に値するが、2つのヘテロ
接合性のクラスの値があまり顕著でないという明確でない傾向があり、背最長筋
面積に対する効果の評価においてこの傾向が特に見られる。これは場合によるの
かもしれないが、生物学的な説明を行うこともできる。例えば、母方より遺伝し
たアリールの発現がいくらかある、又は連鎖しているが刷り込まれていないQT
LがあってそのQTLは問題となっている形質に関しては影響が少ない、などで
ある。
【0050】 第4染色体上1.9 の、IGF2と連鎖したQTLとFAT1のQTLは、体構
成及び肥満度に断然影響している2つの遺伝子座であり、この野生ブタ交雑雑種
において分離している。IGF2のQTLは主として筋肉量をコントロールして
おり、一方FAT1は腹部脂肪を含めた脂肪沈着に大きな影響を及ぼしている(
図2)。2つの遺伝子座の間に明らかな相関関係は示されず、F2世代において
それらは残差表現型分散の非常に大きな割合を制御している。両者のQTLを含
むモデルは腿肉中の赤身パーセンテージについて分散の33.1%を説明し、背
肉中の赤身+骨パーセンテージについて31.3%を説明し、平均背脂肪厚につ
いて26.2%を説明した(第2染色体の効果のみを含むモデルと比較せよ、表
1)。ラージホワイト家畜ブタにおいて赤身の発達及び筋肉量について選抜する
間の反応において、その2つのQTLが非常に大きな役割をはたすにちがいない
【0051】 表1において示される様に、このIGF領域において、非常に顕著な分離の歪
み(過剰な野生ブタ由来のアリール)が観察された(X2 =11.7、d.f.
=2、P=0.003)。野生ブタに由来するIGF2アリールの頻度は、予想
された50%に対して59%であり、「ラージホワイト」ホモ接合体と比較して
2倍の「野生ブタ」があった。この変動は遠位先端の3つの遺伝子座の全てにお
いて観察され、タイピングエラーによるものではなかった。この効果は他の遺伝
子座においても観察されたが、歪みの程度は染色体の遠位の先端への距離の関数
として減少した。DNA調製のためのサンプルを12週齢で採取し、血液の採取
以前の動物の損失はこの大きさの偏差(deviation)を引き起こすには
十分ではないために、メンデルより予想された比率からの偏差(deviati
on)が誕生時に存在することを確信した。この血統において解析された250
以上の遺伝子座の他には、この様に顕著な分離の歪みを示さなかった(L.An
dersson、未公開)。2つの相互作用を有する型のヘテロ接合体の頻度は
同じであったから(表1)、その分離の歪みは刷り込み効果を示さなかった。こ
れは、QTLの効果と分離の歪みは同じ遺伝子座により制御されているという可
能性を排除するものではない。分離の歪みが、配偶子形成の間の、父方により発
現するアリールに有利なマイオティックドライブに依っている可能性がある。な
ぜなら、F1の親は全てオスの野生ブタが種オスとなっているからである。他の
可能性は、分離の歪みは、いくつかの組織における、及び/又は胚発生の重要な
期間の間の、母方由来及び父方由来のアリールの相互優性(codominan
t)発現である可能性である。ヒトの発生の間に、バイアリール性(biall
elic)のIGFの発現がある程度起こることが報告されており10,11,、また
興味深いことに、IGF2発現について親の種の背景が強く影響することが、M
us musculusとMus spretus12の間の雑種において最近見
出された。IGF2と密接に関連しているインシュリン遺伝子のVNTR多型性
が、ヒトにおいて誕生時の大きさに関係している13こともまた興味深い。ブタに
おけるIGF−2と連鎖したQTLが誕生時の重量に大きく影響しないこともあ
りそうであるが、我々のデータにおいては有意差からはほど遠く(図2)、刷り
込み効果の兆候はなかった。
【0052】 本研究は、IGF2遺伝子座の生物学的な重要性に関する一般的な知見の進歩
である。誕生前の発達のためのIGF2の重要な役割は、それがヒトのBeck
with−Wiedemann症候群15を引き起こす役割からだけでなく、ノッ
クアウトマウス14からもよく文書により報告されている。本研究はIGF領域の
誕生後の発達においての重要な役割もまた示している。異系交配集団間の我々の
交雑雑種は、多因子的な形質において親の素性の影響を有するQTLを検出する
ための特に強力な道具である、という点が強調されるべきである。なぜなら、複
合的なアリール(又はハプロタイプ)は分離しており、ヘテロ接合性のF2動物
は野生ブタのアリールを、オスのF1又はメスF1のどちらから受け継いだのか
、我々は推定することができないからである。実験計画やデータの統計的な処理
のために、肥満の様な形質に影響して父方に由来して発現する、IGF2に連鎖
したQTLの分離が、ヒトの研究や同系繁殖体のゲッシ類の間の交雑雑種におい
て見過ごされていた、という可能性が非常にある。それぞれの遺伝子座において
2つのアリールだけが分離しているために、2つの同系繁殖系の間の交雑雑種に
おいて刷り込み効果を検出することはできない。そこで我々の結果は、同系繁殖
体のゲッシ類のモデルを用い複雑な形質の遺伝的な分析のみならず、ヒトにおけ
るインシュリン−IGF2領域における遺伝的な多型性と、I型糖尿病16、肥満 17 及び誕生時の重量の変動13との間の連関を将来解析するための顕著な支持とな
るものである。家畜ブタとその野生祖先の間の交雑雑種を作出するための大きな
推進力は、選抜に反応した主要な遺伝子座をマップして同定するための可能性を
探求することであった。我々はここで、第2染色体(本研究)と第4染色体1,2
上の2つの単一のQTLが、F2世代における赤身含量の表現型変動の3分の1
をも説明することを示した。これは、量的な形質は各々は微小の影響を有する無
限の数の遺伝子座によって制御されているという、量的遺伝学の理論における古
典的な微小モデルの下となる推定から大きく外れている。2つの異なった集団(
例えば、野生ブタとラージホワイト)の間の遺伝的な相違の大部分が少数の遺伝
子座によって制御されているならば、大きな影響を有するQTLは選抜によりす
ぐに固定されて選抜はプラトーになると推定されるであろう。しかし、これは動
物育種プログラムの実験又は選抜実験ではなく、そのような実験においては効果
を有する集団規模は合理的なほど大きい18という前提であって、永続した長期の
選抜反応が一般的に得られる。この矛盾の説明として、2つの集団間の遺伝的な
相違の大部分を制御しているQTLアリールは、いくつかの連続した変異に依っ
ているかもしれないということが考えられ、これは同じ遺伝子内の変異であるか
もしれないし、又は同じ形質に影響している密接に関連したいくつかの遺伝子に
おける変異であるかもしれない。新しい変異が長期間の選抜反応19に実質的に寄
与していると議論されて来たが、その様な変異のゲノム上の分布は知られていな
い。
【0053】 マウスにおける遺伝的な欠損やヒトにおける一遺伝子性疾患の解析に関して、
原因となる単一の変異を探索する事はその実例である。これは、家畜動物、作物
、又は天然の集団において、多数の世代について選抜が行われて来た遺伝子座の
問題ではないかもしれない、と我々は提案する。この仮説において、主要QTL
において多数のアリールが存在していることが予想される。ブタの毛皮の色の変
動についての我々の最近の特性解析から、それはいくらか支持される。優性な白
色アリールと黒いブチのアリールの両者は、KITとMCIR遺伝子座のそれぞ
20,21 の表現型に影響する連続した少なくとも2つの変異によって、対応する
野生型のアリールと異なっている。この状況において、添付した実施例において
IGF−2と連関したQTLで第三のアリールを我々が同定したことは、非常に
興味深い。筋肉量に対する3つのアリールの影響は、血統が見出されたのと同じ
順番であり、即ち、ピエトレインのブタはラージホワイトのブタより筋肉質であ
り、ラージホワイトもまた野生ブタより赤身が多い。
【0054】 IGF2はここで報告されたQTLについての原因遺伝子であると決定する良
い理由がある。最初に、マップ位置決定において、完全な一致がある(図2)。
第2に、QTLと同様に、マウス、ヒト、そしてここではブタにおいて、IGF
2は父方に由来して発現することが示された。ヒトとマウスにおいて、IGF2
に近い近傍にいくつかの他の刷り込まれた遺伝子があるが(Mash2、INS
2、H19、KVLQT1、TAPA1/CD81、及びCDKNIC/p57 KIP2 )、IGF2のみが大人の組織において父方に由来して発現していた22。こ
の遺伝子座はQTLの分子的な特性解析を行うための、ユニークな機会を提供す
ると、我々は確信する。この明確に父方に由来した発現は、この遺伝態様を示さ
ない遺伝子を排除する目的に使用することができる。更に、一連のアリールが存
在することは、原因となる変異と連関した中性の多型性との間の、難しい区別を
行うことを促進するはずである。ピエトレインとラージホワイトのブタから得た
IGF2アリールのコード配列には何も差がないことを我々は既に示し、それは
原因となる変異は制御配列において起こっていることを示している。自明である
過程は、3つの集団に由来する、IGF2遺伝子全体及びそれの多数のプロモー
ターの配列を決定することである。インシュリン(INS)遺伝子のプロモータ
ー領域におけるVNTRの多型性が、IGF2の発現に影響する23という最近の
報告は、原因となる変異はIGFのコード領域からかなり離れた場所で起こって
いる可能性を示唆している。
【0055】 この結果は、ブタの育種産業にいくつかの重要な関わりを有している。それら
は、遺伝的な刷り込みは深遠な学術的な問題ではなく、実際の育種プログラムに
おいて考慮される必要があることを示している。野生ブタ、ラージホワイト、及
びピエトレインの集団において3つの異なったアリールを検出することは、IG
F2と連関したQTLにおいて更なるアリールが、市販の集団の中で分離してい
ることを示している。QTLが父方に由来して発現することにより、父系の半分
兄弟である大家族を用いてそれを検出することが促進され、それはメスの寄与を
無視することができるためである。集団内でマーカー支援選抜を行うことにより
、又は一つの集団から他の集団へ好ましいアリールのマーカー支援移入を行うこ
とにより、赤身肉含量を改善するためにQTLが利用される。
【0056】 実施例2:ピエトレイン×ラージホワイト交雑雑種 方法 家系材料:QTLをマップするのに用いる家系材料を、1800より多い個体か
らなる以前に説明したピエトレイン×ラージホワイト交雑F2家系から選択した 6,7 。このF2材料を作るために、27頭のピエトレイン雄ブタと20頭のラー
ジホワイト雌ブタとを交配し、456個体からなるF1世代を作った。31頭の
F1雄ブタと82頭の非血族の雌ブタとを1984年から1989年まで交配し
て、合計で1862頭のF2子ブタが得られた。F1雄ブタは平均で7頭の雌ブ
タと交尾し、かつF1雌ブタは平均で2.7頭の雄ブタと交尾した。雄ブタ1頭
当たり平均60頭の、雌ブタ1頭当たり平均23頭の子ブタが得られた。
【0057】 形質情報:(i)データ収集:合計で21の別個の表現型がF2世代に記録され
6,7 。これには以下のものが含まれる。 −5つの成長形質:出生時体重(g)、離乳期体重(kg)、成長期体重(kg
)、最終体重(kg)および平均日増体量(ADG;kg/日、成長期から最終
期); −2つの体型の測定値:屠体長(cm)および均整値(0から10の尺度;参考
文献6); −屠殺後24時間の冷蔵屠体の解体により得られた屠体の組成の10の測定値。
これには、次のものが含まれる。 筋肉測定値:腿肉率(腿肉重量/屠体重量)、腰肉率(腰肉重量/屠体重量)、
肩肉率(肩肉/屠体重量)、赤身率(腿肉率+腰肉率+肩肉率);および脂肪の
測定値:平均背脂肪厚(BET;cm)、背脂肪率(背脂肪重量/屠体重量)、
腹部率(腹部(腹部重量/屠体重量)、葉状脂肪率(葉状脂肪重量/屠体重量)
、顎部率(顎部重量/屠体重量)および脂身率(背脂肪率+腹部率+葉状脂肪率
+顎部率)。 −4つの肉質測定値:pHLD1 (屠殺後1時間の背最長筋)、pHLD24(屠殺後
24時間の背最長筋)、pHG1(屠殺後1時間の薄筋)およびpHG24 (屠殺後
24時間の薄筋)。 (ii)データ処理:個々の表現型を固定効果(父親、母親、CRC遺伝子型、
性、年−季、偶奇性)および共分散(産子数、出生時体重、離乳期体重、成長期
体重、最終体重)で事前調整したところ、対応する形質に明らかに影響すること
が分かった。モデルに含まれる変量は、段階的回帰により選択した。
【0058】 マーカー遺伝子型解析:マイクロサテライトマーカーのPCR増幅に用いるプラ
イマー対については記載19の通りである。マーカー遺伝子型解析を以前に記載20 の通りに行った。CRC遺伝子座およびMyoD遺伝子座での遺伝子型を記載1, 12 の通りの従来の方法を用いて決定した。Igf2SNP用LAR解析を、Ba
ronら21に従い、PCR増幅用プライマー対(5' −CCCCTGAACT
TGAGGACGAGCAGCC−3' ;5' −ATCGCTGTGGGCTG
GGTGGGCTGCC−3' )およびLAP段階用の3つのプライマーの組(
5' −FAM−CGCCCCAGCTGCCCCCCAG−3' ;5' −HEX
−CGCCCCAGCTGCCCCCCAA−3' ;5' −CCTGAGCTG
CAGCAGGCCAG−3' )を用いて開発した。
【0059】 マップ構築:マーカーマップを、CRIマップパッケージ22のTWOPOINT
、BUILDおよびCHEOMPICオプションを用いて構築した。このパッケ
ージを利用できるようにするために、雄ブタまたは雌ブタを介して血縁関係にあ
る全兄弟姉妹家族を断絶させ、かつ独立に処理した。これにより、いくつかの潜
在的に有用な情報を無視することになったが、組換え速度の不偏推定値を得た。
【0060】 QTLマッピング:(i)メンデルQTLのマッピング:多点最尤法を用いて従
来のQTLマッピングを行った。適用したモデルは、染色体毎に一つの分離した
QTLを仮定し、かつ親の血統、すなわちピエトレイン(P)およびラージホワ
イト(LW)のそれぞれに、代わりのQTLアリール(alternate QTL alleles
)が固定していると仮定した。特異的な解析プログラムを開発して、F1染色体
の親の起源を決定することができないという結果を招く、親世代の失った遺伝子
型を補償しなければならなかった。典型的「インターバルマッピング」法を利用
し、ユーザー定義ステップを使用して仮想QTLをマーカーマップに沿って動か
した。各位置において、家系データの尤度(L)を次のように計算した。
【数1】 Pまたは右の染色体P)において、F1親r頭に対して、合計で2r の組み合わ
せがある。
【数2】 nはF2。
【数3】 4つの可能性のあるQTL遺伝子型:P/P、P/LW、LW/P およびLW
/LWに対する、i番目のF2子孫。
【0061】 P(G|Mi,θ,φ)Mi:i番目F2子およびそのF1親のマーカー遺伝子
型、(ii):隣接するマーカー間および仮想QTLとその関連マーカーとの間
での組換え速度のベクトル、ならびに(iii)検討したF1親のマーカー−Q
TL相組み合わせθ。
【0062】 この確率を計算する際、F1親の組換え速度およびマーカー連鎖相は既知であ
ると仮定する。両者は、マップ作成相においてCRIMAPを用いて決定した(
上記参照)。
【0063】 子iのP(yi |G)yi )は、検討中のQTL遺伝子型を与える。この確率は
、正規密度関数から計算される。
【数4】 G は検討したQTL遺伝子型(PP、PL、LPまたはLL)の表現型平均であ
り、σ2 残差分散σ2 を4つのQTL遺伝子型分類と同じであると考えた。μPP 、μPL=μLP、μLLおよびLを最大にするσ2 の値をGEMINI最適化ルーチ
23を用いて決定した。この選択的H1 仮説下で得られた確率を、4つのQTL
遺伝子型分類の表現型平均を強制的に同じにした、QTLの無いヌル仮説H0
で得られた確率と比較した。対応する確率の対数間の差により、QTLが対応す
るマップ位置にあることを支持する証拠を示すロッド値が得られる。
【0064】 (ii)有意限界:LanderおよびBotstein24に従い、選択したゲ
ノム的に有意な水準に関するロッド値限界(T)を次のように計算した。
【数5】 Cは染色体の数(=19)に対応し、Gはモルガンで表したのゲノム長(=29
)に対応し、かつ
【数6】 は、2d.f.であるカイ2乗分布の累積分布関数を1から引いたものを表す。
相加成分および優性成分の両方を適合させているので、単一点2ln(LR)は
自由度2のカイ2乗分布として分布すると仮定した。複数の形質を解析したとい
うことを補償するために、解析された独立の形質の有効数に対応するボンフェロ
ーニ検定を適用することにより有意水準を調整した。Spelmanらにより記
載された方法25に従ったところ、この有効数は16と推定された。
【0065】 すなわち、これにより我々はロッド値限界を5.8において5%の実験的優位
水準に関連付けることができた。同定されたQTLを個々のサンプル中で確認し
ようとする場合には、同じ方法を用いるが、Cを1とし、Gを25cMとし、か
つ4.5の独立形質の解析を解析用に訂正する(このサンプルでは6つの形質し
か解析していないので)。これにより2の5%のI型誤差に関連したロッド値限
界が得られた。
【0066】 (iii).刷り込みQTLの検定:刷り込みQTLの検定のために、所定の性
別の親から伝わったQTL対立遺伝子だけが表現型に影響し、他方の親から伝わ
ったQTLアリールは「中立」であると仮定した。この仮説の下での家系データ
の確率を、式1を用いて計算した。しかし、P(yI |G)を計算するために、
4つのQTL遺伝子型の表現型平均をμPP=μPL=μP およびμLP=μLL =μ L に設定して父方のアリールだけが表現されたQTLを検定し、かつμPP=μLP =μP およびμPL=μLL=μL に設定して母方のアリールだけが表現されたQT
Lを検定した。この表記法において、第一の添字が父方のアリールを表し、第二
の添字が母方のアリールを表すものとする。H0 はQTLの無いヌル仮説、H1
はメンデルQTLの存在の検定、H2 は父方により発現したQTLの存在の検定
、H3は母方により発現したQTLの存在の検定であると定義される。
【0067】 RT−PCR:Chirgwinら26に従い、骨格筋から全RNAを抽出した。
Gene−Amp RNA PCRキット(Perkin−Elmer)を用い
てRT−PCRを行った。PCR生成物をQiaQuick PCR精製キット
(Qiagen)を用いて精製し、Dye terminator Cycle
Sequencing Ready Reaction(Perkin El
mer)およびABI373自動シークエンサーを用いて配列決定した。
【0068】 実施例2において、筋肉量および脂肪沈着に大きく影響するQTLを同定し、
ブタ2p1.7にマッピングしたことを報告する。このQTLは、親による刷り
込みの明確な証拠であり、Igf2遺伝子座への関与を強く示唆している。
【0069】 1125匹のF2子孫を含むピエトレイン×ラージホワイト交雑雑種を記載6, 7 の通り作った。ラージホワイトおよびピエトレインの親の血統は、多くの経済
的に重要な表現型において異なる。ピエトレインはその並外れた筋骨のたくまし
さと脂肪が少ないことで有名であり8 (図2)、一方、ラージホワイトは、優れ
た成長性を示す。(i)成長性(5)、(ii)筋骨のたくましさ(6)、(i
ii)脂肪沈着(6)および(iv)肉質(4)を測定した21の異なる表現型
を全てのF2子について記録した。
【0070】 これらの品種間の遺伝的相違の根底にあるQTLをマップするために、マイク
ロサテライトマーカーを用いて677匹のF2個体の初期サンプルに対して全ゲ
ノムスキャンを行った。ML多点アルゴリズムを用いて第2染色体の解析をした
ところ、第2染色体の短腕の遠位末端で、筋骨および脂肪沈着を測定した12の
表現型中6つで、高度に有意なロッド値(最大20)を示した(図3a)。残り
の6つの表現型で正のロッド値が得られが、ゲノム的に有意な限界(=5%)に
は達しなかった。この発見を確かめるために、355匹のF2子孫の残ったサン
プルの、5つの最も遠位の2pマーカーについて遺伝子型を決定し、形質に対し
てQTL解析を行ったところ、最初の解析で最も高いロッド値が得られた。ロッ
ド値は2.1から7.7の範囲であり、この領域内に主要なQTLが存在するこ
とを明らかに確認した。表2に、3つの遺伝子型平均に対する対応ML推定値お
よび対応する残差分散を示す。
【0071】 双方向性染色体ペインティングは、SSC2pとHSA11pter−q13
との間の対応を確立する9,10。少なくとも2つの重要な候補遺伝子が、人間では
この領域にマップする。筋原性の塩基性ヘリックス−ループ−ヘリックス因子で
あるMyoDは、HSA11p15.4にマップされ、一方、Igf2はHSA
11p15.5にマップされる。MyoDは、筋形成の公知の重要な制御因子で
あり、発育中に作動する最初の筋原性マーカーの一つである11。以前に記載した
ブタMyoD遺伝子中の増幅された配列遺伝子多型性(amplified s
equence polymorphism)12により、このマーカーに対して
完全に遺伝子型が決定された、本発明のF2材料における分離が証明された。連
鎖解析によりMyoD遺伝子をSW240−SW776(オッズ>1000)の
区間内に位置付け、したがって、ロッド2から十分外側はQTLの支援区間から
外れる(図1)。Igf2はインビトロにおける筋芽細胞の増殖および分化の両
方を促進することが知られており13、また生体内で過剰発現すると筋肥大を招く
ことが知られている。公表された大人のブタの肝cDNA配列14に基づき、大人
のブタ骨格筋cDNAから得た222bpのリーダー配列及び280bpのトレ
イラー配列により、全Igf2コード配列を増幅することを可能とするプライマ
ー対を設計した。ピエトレインおよびラージホワイトのRT−PCR生成物を配
列決定したところ、どちらの品種においてもコード配列は同じであり、公表され
た配列と同じことが分かった。しかし、ヒトのエクソン2に対応するリーダー配
列内にGA転位が見つかった(図4)。ライゲーション増幅反応(LAR)に基
づいて、この単一ヌクレオチド遺伝子多型性(SNP)用スクリーニングテスト
を開発し、我々の家系材料の遺伝子型を決めることができるようになった。これ
らのデータをもとにして、SWC9マイクロサテライトマーカーと共存する(=
0%)ことが示され、したがって、QTLの最も可能性の高い位置から約2セン
チモルガンに位置しており、かつQTLの支援距離の95%内に入った(図1)
。続く配列解析により、マイクロサテライトマーカーSWC9がI gf2遺伝子
の3' URT内に実際に位置することが実証された。PGA遺伝子座およびFS
H遺伝子座の利用可能な比較マッピングデータと組み合わせて、これらの結果か
らMyoDを含む染色体断片の介在性転換(interstitial inv
ersion)が起きているが、Igf2は両方の種類でテロメアのままである
ことが示唆された。
【0072】 したがって、Igf2は、観察されたQTL効果を有する強力な位置アリール
であると思われた。ヒトおよびマウスにおいて、Igf2は、刷り込まれ、かつ
いくつかの組織中において専ら父方のアリールから発現することが知られている 15 。SNPおよび/またはSWC9に対してヘテロ接合性のブタの骨格筋cDN
A解析により、同じ刷り込みが同様にブタでもこの組織に保持されることが示さ
れた(図4)。したがって、Igf2が観察された効果の原因である場合、およ
び父方のIgf2アリールのみが発現することが分かっている場合、(i)F1
雄ブタ(PまたはLW)に伝わった父方のアリールは、F2子孫の表現型に影響
するであろうこと、(ii)F1雌ブタ(PまたはLW)に伝わった母方のアリ
ールは、F2子孫の表現型に何ら影響しないであろうこと、および(iii)デ
ータの尤度は、三項(1:2:1)F2母集団の従来の「メンデル」モデルと比
較した場合、遺伝した父方のアリールで並べ替えた二項(1:1)F2母集団の
モデルの方が優れていることが予測できる。QTLマッピングプログラムを適用
して、対応する仮説を検定できるようにした。H0はQTLの無いヌル仮説、H
1はメンデルQTLの存在の検定、H2は父方より発現したQTLの存在の検定
、H3は母方より発現したQTLの存在の検定であると定義された。
【0073】 図3に得られた結果をまとめた。図3a、3bおよび3cは、それぞれlog 10 (H2 /H0 )、log10(H3 /H0 )およびlog10(H2 /H1 )に対
応するロッド値曲線を示す。父方より発現したQTLの存在を検定した場合、非
常に有意なロッド値が得られるが、雌ブタにより伝えられた染色体を研究した場
合、QTLの分離の証拠は全くないことが分かる。また、父方より発現したQT
Lの仮説は、実験した全ての形質に対して、「メンデル」QTLの仮説より、明
らかに尤度が高い(log10(H2 /H1 )>3)。全ての形質に対して同じ傾
向が見られることから、異なる形質上で観察された影響の原因となっているのは
おそらく同じ刷り込み遺伝子であることを示している。表2に父方のQTLアリ
ールで並べ替えたF2子のML表現型の平均を示す。メンデルQTLモデル下で
解析を行う場合には、ピエトレインおよびラージホワイトQTLアリールは、相
加的、すなわちヘテロ接合性遺伝子型が2つのホモ接合性遺伝子型のちょうど中
間点に対応する表現型の平均を示すように振舞うように見えることに留意のこと
。ヘテロ接合性の子の半分が種オスから遺伝したPアリールを持ち、他の半分が
LWアリールを持つと期待されるので、これは、刷り込みQTLを取り扱う際に
予測されるものそのものである。
【0074】 したがって、これらのデータにより、父方のアリールから専ら発現する刷り込
み遺伝子が関与しているという仮説が確証された。同定された染色体部分がヒト
およびマウスで立証された刷り込み領域と正確に一致するという事実は、ブタの
オーソロガス領域と強く関係する。この領域にマッピングされる少なくとも7つ
の刷り込み遺伝子が記録されている(Igf2、Ins2、H19、Mash2
、p57KIP2、KVLQTL1およびTDAG51)(参考文献15およびAn
drew Feinberg、私信)。これらの中で、Igf2およびIns2
だけが父方により発現する。観察されたQTL効果が未だ同定されていないこの
領域の刷り込み遺伝子によるものであることを考慮しないわけにはいかないが、
インビトロおよびインビボ13での筋形成に対して報告された効果は、Igf2と
強く関係している。特に、筋肉特異的プロモーターからIgf2が過剰発現して
いる形質転換マウスにおいて観察された筋肥大は、この仮説を支持するものであ
る(Nadia Rosenthal、私信)。INS VNTRのアリールの
変異体がヒトの出生時の大きさと関係があることが最近示されており16、また同
じVNTRがIgf2発現レベルに影響することが示されている17
【0075】 同じQTL効果をラージホワイト×イノシシ交雑雑種で観察すると、一連の少
なくとも3つの異なった機能性アリールが存在していることが示される。さらに
、マーカー支援分離解析に基づく予備的証拠は、ピエトレイン母集団内でのこの
遺伝子座での残差分離を示す(データを示さず)。一連のアリールの発生は原因
となる遺伝子多型性を同定する際に非常に有益である可能性があり、観察された
効果の量的特性に基づくと、その遺伝子多型性は大きな遺伝子の改変ではありそ
うもなく、むしろわずかな制御された突然変異である。
【0076】 肉質への付随した有害な効果は明らかにないが、同定されたQTLの筋肉量お
よび脂肪沈着への効果は、実に大きく、CRC遺伝子座について報告された効果 6,7 の重要性と同じである。ピエトレイン対ラージホワイトの筋骨および赤身に
対する品種差の50%近くを、両方の遺伝子座により説明できると考える。この
遺伝子座を特徴ずけている親由来の効果を理解すれば、育種計画において最適に
利用できるであろう。実際、今日、商業的に有名であるピエトレイン×ラージホ
ワイト交雑雑種雄ブタからの子孫の半分は、相当な損失を引き起こすラージホワ
イトの好ましくないアリールを受け継いでいる。
【0077】 本発明で説明するQTLは、家畜種の筋肉発育に影響を与える遺伝子であって
、非メンデル遺伝パターンを示す遺伝子の2番目の例である。実際(筋肉が倍に
なる質的形質に関係する)キャリピージ遺伝子座は極の超優性(polar o
verdominance)を特徴とすることを、本発明者らは以前に示し、極
の超優性において、種オスからCLPG突然変異体を遺伝したヘテロ接合性個体
のみが筋肉倍増表現型を発現する5 。このことは、家畜の生産形質の下にあり、
遺伝子に影響する親由来の効果が、比較的一般的であるかもしれないということ
を立証する。
【0078】 実施例3:ブタのIGF2およびフランキング遺伝子座の参照配列の生成 本発明は、ブタのIGF2遺伝子座にマッピングされ、筋肉量への主要な影響
を有する刷り込みQTL、およびマーカー支援選抜の際に道具としてQTLを用
いる方法を提供する。原因となる変異をさらに同定するのと同時に、マーカー支
援選択向けにこの道具を微調整するために、ブタIGF2全体を包含する参照配
列およびフランキング遺伝子からの参照配列をさらに作成した。
【0079】 これを達成するために、ブタBACライブラリをIGF2プローブでスクリー
ニングし、2つのBACを同定した。BAC−PIGF2−2はINSおよびI
GF2遺伝子を含み、一方、BAC−PIGF2−2はIGF2およびH19遺
伝子を含むことが証明された。NotIマップおよび2つのBACの相対位置を
図5に示す。BAC−PIGF2−1は、一般的な処理および自動シークエンサ
ーを用いてショットガンにより配列決定した。得られた配列を標準ソフトウエア
を用いて組み立て、合計で115のコンティグを得た。対応する配列を図6に示
す。ブタのコンティグとヒトのオーソロガス配列との間で類似性検索を行った。
明らかな相同性が18のコンティグで検出された。結果を図7に示す。
【0080】 BAC−PIGF2−2については、BAC−PIGF2−1には存在しない
24Kb NotIフラグメントを、EZ::TNトランスポゾン的方法および
ABI自動シークエンサーを用いてサブクローンし、かつ配列決定した。得られ
た配列を、Phred−Phrap−Consedプログラムスーツを用いて組
み立て、7つの異なるコンティグを得た(図8)。GCGパッケージソフトの比
較およびドットプロットプログラムを用いて、コンティグ配列を対応するオーソ
ロガスヒト配列と並べた。対応する結果を図9に示す。
【0081】 実施例4:IGF2遺伝子座およびフランキング遺伝子座のDNA配列遺伝子多
型性の同定 実施例1で説明したようにして得た参照配列をもとにして、ピエトレイン、ラ
ージホワイトおよび野生ブタの個体から分離したゲノムDNAに由来するIGF
2遺伝子座およびフランキング遺伝子座の一部を再配列した。これにより、図1
0に示すようなDNA配列遺伝子多型性の同定ができた。
【0082】
【表1】 (表1の続き) 1 QTLピークがIGF2領域(0〜10cM)内にあり、かつ検定統計量が
F=3.9の名目有意限界に達した形質のみが含まれる。 2 「QTL」とは相加、優性および刷り込み効果(3d.f.)を有する遺伝
モデル下でのQTLの存在に対する検定統計量であり、一方「刷り込み」とは刷
り込み効果(1d.f.)の存在に対する検定統計量であり、どちらもQTLピ
ークの位置で得られる。置換により推定されるゲノム的有意限界をQTL検定に
用い、 一方名目有意限界を刷り込み検定に用いる。 3 2pの遠方端からの距離をcMで表すと、IGF2は0.3cMに位置する
。 4 所定の位置に刷り込みQTLを含むことにより起きた、F2母集団の残差分
散の減少。 5 各アリールの母集団および親に関して遺伝子型を分類することによりIGF
2遺伝子座において推定される平均および標準誤差。WおよびLは、それぞれイ
ノシシおよびラージホワイトのファウンダー(founder)由来のアリール
を表す。添字のPおよびMは、それぞれ父方の起源および母方の起源を表す。添
字(aまたはb)の異なる数字は、少なくとも5%の水準で有意に異なり、その
ほとんどは1%または0.1%の水準で異なる。
【0083】
【表2】
【0084】 (参考文献) 実施例1の参考文献 実施例2の参考文献
【0085】
【図面の簡単な説明】
【図1】 イノシシ/ラージホワイト交雑雑種の第2染色体のQTL解析により
得られた検定統計量曲線である。グラフは、示された形質に対する染色体に沿っ
た所定の位置において単一QTLの仮説を検定したF比をプロットした。マーカ
ー間の距離をコーサンビー(Kosambi)センチモルガンで示したマーカー
マップをX軸上に与える。水平線は、腿肉の赤身形質に対するゲノム的有意水準
(P<0.05)および示唆レベルである。同様の有意な閾値を他の形質に対し
て得た。
【図2】 筋肥大の特徴を有するピエトレインのブタである。
【図3a】 ブタ第2染色体上で筋肉量および脂肪沈着を計測する6つの表現型
に対してピエトレイン×ラージホワイト交雑雑種において得られたロッド値曲線
である。マイクロサテライトマーカーマップに関する連鎖解析により決定された
Igf2およびMyoD遺伝子の最も確度の高い位置を示す。H0 はQTLの無
いヌル仮説、H1 はメンデルQTLの存在の検定、H2 は父方により発現したQ
TLの存在の検定、H3 は母方により発現したQTLの存在の検定であると定義
される。3aはlog10(H1 /H0 )である。
【図3b】 ブタ第2染色体上で筋肉量および脂肪沈着を計測する6つの表現型
に対してピエトレイン×ラージホワイト交雑雑種において得られたロッド値曲線
である。3bはlog10(H2 /H0 )である。
【図3c】 ブタ第2染色体上で筋肉量および脂肪沈着を計測する6つの表現型
に対してピエトレイン×ラージホワイト交雑雑種において得られたロッド値曲線
である。3cはlog10(H3 /H0 )である。
【図4】 Aは、参考文献17によるヒトIgf2遺伝子構造を、参考文献16
中に報告されている大人ブタ肝臓cDNA配列と並べたものである。nt241
(G−A)転位およびSwc9マイクロサテライトの位置を示す。Bは、対応す
るマーカーを用いて、10週齢の胎児の骨格筋および肝臓におけるIgf2の単
一アリール(父方)発現を示したものである。ゲノムのDNAからの、nt42
1(G−A)遺伝子多型性およびSwc9マイクロサテライトのPCR増幅によ
り、胎児のヘテロ接合性が明確に示されたが、一方、父方のアリールのみが肝臓
cDNA(nt421(G−A)およびSwc9)および筋cDNA(Swc9
)で検出されている。胎児の筋肉からのnt421(G−A)に対するRT−P
CR生成物が無いことから、この組織にはエクソン2を含むmRNAが無いこと
を示している。胎児のアリールの親の起源は、種オスおよび種メスの遺伝子型か
ら決まった(データを示さず)。
【図5】 BAC−PIGF2−1(INS遺伝子およびIGF2遺伝子を含む
)およびBAC−PIGF2−2(IGF2遺伝子およびH19遺伝子を含む)
の相対位置を示すNotI制限地図である。
【図6】 標準的な手法および自動シークエンサーを用いてショットガン配列決
定した、BAC−PIGF2−1由来のコンティグ1からコンティグ115の核
酸配列である。
【図7】 図6のブタコンティグとヒトのオーソロガス配列との相同性である。
【図8】 EZ::TNトランスポゾン的方法およびABI自動シークエンサー
を用いてサブクローンおよび配列決定した、BAC−PIGF2−2(BAC−
PIGF2−1中には存在しない24Kb NotIフラグメント)由来のコン
ティグ1からコンティグ7の核酸配列である。
【図9】 図8のブタコンティグとヒトのオーソロガス配列との相同性である。
【図10a】 ピエトレイン、ラージホワイトおよび野生ブタ個体から分離した
ゲノムのDNAからのIGF2遺伝子座および関連遺伝子座中のDNA配列遺伝
子多型性である。
【図10b】 ピエトレイン、ラージホワイトおよび野生ブタ個体から分離した
ゲノムのDNAからのIGF2遺伝子座および関連遺伝子座中のDNA配列遺伝
子多型性であり、図10aからの続きである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 EP(AT,BE,CH,CY, DE,DK,ES,FI,FR,GB,GR,IE,I T,LU,MC,NL,PT,SE),OA(BF,BJ ,CF,CG,CI,CM,GA,GN,GW,ML, MR,NE,SN,TD,TG),AP(GH,GM,K E,LS,MW,SD,SL,SZ,TZ,UG,ZW ),EA(AM,AZ,BY,KG,KZ,MD,RU, TJ,TM),AL,AM,AT,AU,AZ,BA, BB,BG,BR,BY,CA,CH,CN,CR,C U,CZ,DE,DK,DM,EE,ES,FI,GB ,GD,GE,GH,GM,HR,HU,ID,IL, IN,IS,JP,KE,KG,KP,KR,KZ,L C,LK,LR,LS,LT,LU,LV,MA,MD ,MG,MK,MN,MW,MX,NO,NZ,PL, PT,RO,RU,SD,SE,SG,SI,SK,S L,TJ,TM,TR,TT,TZ,UA,UG,US ,UZ,VN,YU,ZW (72)発明者 リーフ アンダーソン スウェーデン国 75239 ウプサラ ベル ガガタン 30 (72)発明者 ミシェル ジョルジュ ベルギー国 ベー−3161 ヴィレ−オ−ト ゥールス リュ ヴィユ ティージ 24 (72)発明者 ヘールト スピンスマイル ベルギー国 ベー−8550 ズーヴィーゲン シント デニスストラート 26 (72)発明者 カリン ダニエル アンドレ ネザー ベルギー国 4120 ニュープレ インパス ド ブリュイェール 7 Fターム(参考) 4B024 AA10 AA11 CA03 CA09 FA10 HA12 4B063 QA01 QA20 QQ08 QQ43 QR08 QR32 QR42 QR56 QS25 QS34 QX02 4B065 AA90X AC20 BA22 BA25 CA46 CA60

Claims (27)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 家畜動物の選抜方法であり、前記動物に親から刷り込まれた量的
    形質遺伝子座(QTL)が存在しているかを試験することを含む、望ましい遺伝
    子型の性質を有する家畜動物の選抜方法。
  2. 【請求項2】 前記動物由来の核酸サンプルに、親により刷り込まれた量的形質
    遺伝子座(QTL)が存在しているか試験することを更に含む、請求項1記載の
    方法。
  3. 【請求項3】 ブタにおいて前記QTLが第2染色体に位置している、請求項1
    又は2記載の方法。
  4. 【請求項4】 前記QTLが、2p1.7の場所の付近にマッピングしている、
    請求項2又は3記載の方法。
  5. 【請求項5】 前記QTLが、前記動物の筋肉量及び/又は脂肪沈着の素質に関
    連している、請求項1から4記載の方法。
  6. 【請求項6】 前記QTLが、インシュリン様成長因子−2(IGF2)遺伝子
    の少なくとも一部分を含む、請求項5記載の方法。
  7. 【請求項7】 ブタにおいて、前記QTLが図4において同定された通りのnt
    241(G−A)又はSwc9として特徴づけられたマーカーを含む、請求項1
    から6のいずれか1つの請求項記載の方法。
  8. 【請求項8】 前記QTLの父方のアリール(allele)が、前記動物にお
    いて優性に発現している、請求項1−7のいずれか1つの請求項記載の方法。
  9. 【請求項9】 前記QTLの母方のアリールが、前記動物において優性に発現し
    ている、請求項1−7のいずれか1つの請求項記載の方法。
  10. 【請求項10】 親により刷り込まれた量的形質遺伝子座(QTL)又はそれよ
    り得られた機能を保持した断片を含む、単離された及び/又は組み換えた核酸。
  11. 【請求項11】 単離された及び/又は組み換えた核酸であり、前記核酸は親に
    より刷り込まれた人工的な量的形質遺伝子座(QTL)を含み、前記量的形質遺
    伝子座(QTL)は少なくとも一つの染色体又はそれより得られた機能を保持し
    た断片に由来する、単離された及び/又は組み換えた核酸。
  12. 【請求項12】 核酸の少なくとも一部がSus scrofa染色体より得ら
    れた、請求項10又は11記載の核酸。
  13. 【請求項13】 前記核酸の少なくとも一部がSus scrofa第2染色体
    から得られ、好ましくは2p1.7の場所の付近にマッピングされる領域から得
    られた、請求項12記載の核酸。
  14. 【請求項14】 前記QTLが前記動物の筋肉量及び/又は脂肪沈着の素質に関
    連している、請求項10から13のいずれか1つの請求項記載の核酸。
  15. 【請求項15】 前記QTLが、インシュリン様成長因子−2(IGF2)遺伝
    子の少なくとも一部分を含む、請求項10から14のいずれか1つの請求項記載
    の核酸。
  16. 【請求項16】 前記QTLの父方のアリールを優性に発現させることが可能で
    ある、請求項10から15のいずれか1つの請求項記載の核酸。
  17. 【請求項17】 前記QTLの母方のアリールを優性に発現させることが可能で
    ある、請求項10から16のいずれか1つの請求項記載の核酸。
  18. 【請求項18】 請求項10記載の核酸又はそれより得られた断片の、請求項1
    −9のいずれか1つの請求項記載の方法による使用。
  19. 【請求項19】 望ましい遺伝子型又は素質としての表現型の性質を有するため
    に、屠殺される運命にある育種動物又は動物を選抜するための、請求項18記載
    の使用。
  20. 【請求項20】 前記性質が筋肉量及び/又は脂肪沈着に関連している、請求項
    19記載の使用。
  21. 【請求項21】 請求項18から20記載の使用により選抜された、例えばブタ
    の様な動物。
  22. 【請求項22】 父方より刷り込まれたQTLにおいてアリールにつきホモ接合
    性であることを特徴とし、好ましくはSus scrofa第2染色体に位置し
    て2p1.7の付近の場所にマッピングされる、請求項21記載の動物。
  23. 【請求項23】 前記QTLが前記ブタの筋肉量及び/又は脂肪沈着の素質に関
    連しており、及び/又は前記QTLがインシュリン様成長因子−2(IGF2)
    のアリールの少なくとも一部を含む、請求項21又は22記載の動物。
  24. 【請求項24】 請求項11から16のいずれか1つの請求項記載の核酸を含む
    、形質転換動物。
  25. 【請求項25】 オスである、請求項21−24のいずれか1つの請求項記載の
    動物。
  26. 【請求項26】 請求項21−25のいずれか1つの請求項記載の動物より得ら
    れた、精子又は胚。
  27. 【請求項27】 屠殺される運命にある動物の育種における、請求項26記載の
    精子又胚の使用。
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