JP4399417B2 - 食品または食品原材料中の特定植物属の定量的pcr検出法 - Google Patents
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Description
一般に、ELISA法は非常に高感度のタンパク質検出法であり、当該方法は当技術分野においては慣用技術となっている。しかしながら、ポリクローナル抗体を用いたELISA法では交差反応性が比較的高く、非特異的なタンパク質を検出する可能性があるため(石川栄治監訳:エンザイムイムノアッセイ(1989))、偽陽性の判定が出る可能性がある。偽陽性について検定するためには、他の方法で再確認することを要する。
また、ELISA法は、高感度である一方で、測定におけるダイナミックレンジが狭い。測定におけるダイナミックレンジが狭いということは、未知の濃度の試料を正確に測定するためには、何段階かに希釈した検液を用意して、検量線の範囲内に収まる検液の測定結果を選択する必要が生じる可能性がある。さらに、通常ELISAによる測定では、被検対象とする試料毎の抽出効率やELISA反応の阻害などの影響に対する補正が考慮されておらず、特に食品のような多岐に渡る加工処理および混入物が推定される試料等を測定して定量値を出す場合には注意が必要である。
さらに、例えば、市販のソバタンパク質検出用ELISAの検出感度は、キット付属の検量線用標準ソバタンパク質検液で1ng/ml(20〜400倍希釈してELISAに供したとすると、特定原材料の総タンパク質量/最終製品重量に換算すると0.02〜0.1ppm)と高感度である[(「食品衛生学雑誌(Joournal of the Food Hygienics Society of Japan(SHOKUHIN EISEIGAKU ZASSHI)),(日本),社団法人 日本食品衛生学会,2002年,第43巻,第4号,p.j−275−j−277」、(「食品衛生学雑誌(Joournal of the Food Hygienics Society of Japan(SHOKUHIN EISEIGAKU ZASSHI)),(日本),社団法人 日本食品衛生学会,2002年,第43巻,第4号,p.j−277−j−279」、(日本ハム株式会社FAST KIT(Food Allergen Screening Test)シリーズ エライザ そば−ELISA BUCKWHEAT−<<取扱い説明書>>)、(株式会社森永生科学研究所 モリナガ そば 測定キット 取扱い説明書)]。しかしながら、例えばソバの総タンパク質量/試料重量に換算してこのレベルの濃度となるソバ粉を含む試料から2gをサンプリングした場合、検出対象の特定原材料の粒径がかなり細かくないと、試料からはソバ粉の粒をサンプリングできない恐れもあり得る。
一方、混入したソバを検出するためのPCR法として現在知られているものは、感度がソバDNA量として約5pgであり、小麦中にソバを添加した試料では約10ppmのソバが検出できるが、この公知の方法では定量分析はできない[(「食品衛生学雑誌(Journal of the Food Hygienics Society of Japan(SHOKUHIN EISEIGAKU ZASSHI)),(日本),社団法人 日本食品衛生学会,2002年,第43巻,第4号,p.j−280−j−282」、(「(社)日本食品衛生学会第84回学術講演会 講演要旨集」,(日本),社団法人 日本食品衛生学会,2002年,p.104))。
また、本発明者らは、特定植物属の存在を検出するための方法として、1ppm以上(DNA/DNA)の感度で検出可能なITS配列を標的とした定性PCR法を開発し、2002年9月27日付けで日本国特許出願(出願番号:特2002−284222)をしたが、当該方法では定量分析はできない。
遺伝子組換え作物のPCRによる定量法として、遺伝子組換えとうもろこしに特有の遺伝子配列のコピー数を測定し、別途測定したとうもろこしに固有の内在性遺伝子配列のコピー数で補正を行い、とうもろこし原料中の遺伝子組換えとうもろこし原料の量を測定するものがある[(「ジャーナル オブ エーオーエーシー インターナショナル(Journal of AOAC INTERNATIONAL)」,(米国),エーオーエーシー インターナショナル(AOAC INTERNATIONAL),2002年,第85巻,第5号,p.1077−1089)]。
詳しくは、まず純粋な遺伝子組換えとうもろこしの代表的な品種を使用して、その種子から抽出したDNAの「組換えDNA配列のコピー数/内在性遺伝子配列のコピー数」の値(内標比)を求める。次に、未知試料の「組換えDNA配列のコピー数/内在性遺伝配列のコピー数」の値を求め、これに内標比の逆数と100を乗じて遺伝子組換えとうもろこしの混入率を測定するものである。この方法では、種々の品種のとうもろこしでコピー数が同じであり、かつ共通な塩基配列を持つ内在性遺伝子を内部標準として用いているため、とうもろこしならとうもろこしというように同じ植物種からなる試料中での組換え体の含有量を定量することには適している。
しかしながら、様々な生物種や無生物の原料からなる混合物中に存在するアレルギーの原因となる特定原材料の量を測定することを考えた場合、様々な生物種のDNAの中から内部標準として用いることのできる内在性配列を見出すことは困難であり、さらには無生物の様にDNAの無いものからそれを見出すことは不可能である。
すなわち、被検対象とする試料毎の抽出効率や検出反応の阻害などの影響を考慮するために標準植物由来の試料(標準植物試料)を用いて補正すること、検出のダイナミックレンジが公知のELISA法に比べて広いこと、ならびに十分な特異性および感度を有することを特徴とする、定量的PCR検出法の確立を鋭意検討し、本発明を完成させるに至った。
すなわち、本発明は、
1. PCR法による食品または食品原材料中の特定植物属に属する植物を定量する方法であって、
検出対象である特定植物属由来の試料と標準植物試料とを予め定めた比率で混合した補正用サンプルを用意し、該サンプルからゲノムDNAを抽出すること、
被検対象である食品または食品原材料に既知量の標準植物試料を添加した被検サンプルを調製し、該サンプルからゲノムDNAを抽出すること、
検出対象である特定植物属由来の試料を検出するためのプライマーセット、および標準植物試料を検出するためのプライマーセットを用いて各サンプルから抽出したゲノムDNAをテンプレートとして定量的PCR法を実施すること、
補正標準値として、補正用サンプルについて上記定量的PCR法によって標準植物由来DNAのコピー数/特定植物属由来DNAのコピー数の値を求めること、ならびに
被検サンプルについて上記定量的PCR法によって特定植物属由来DNAのコピー数/標準植物由来DNAのコピー数の値を求め、これを上記補正標準値を用いて補正して、食品または食品原材料中に含まれる特定植物属の植物の量を算出すること、
を含む上記方法;
2. 定量的PCR法がリアルタイムPCR法である、上記1記載の方法;
3. リアルタイムPCR法が、5’末端に発光色素および3’末端に消光剤を有している、PCRプライマーセットの各オリゴヌクレオチドがハイブリダイズするゲノムDNAの部位の内側にハイブリダイズするプローブを用いて、発光量に基づいてDNAを定量する方法であって、ここで、プローブの5’末端の発光色素はその3’末端の消光剤によってその発光が抑制されているが、PCR反応においてTaqポリメラーゼによってプライマーからDNAが伸長されると、Taqポリメラーゼの5’→3’エキソヌクレアーゼ活性により上記プローブが分解され、発光色素と消光剤とが解離して発光を生じることを特徴とする、上記2記載の方法;
4. 標準植物が、畑地雑草および食用作物以外の植物種に属するものである、上記1〜3のいずれかに記載の方法;
5. 標準植物が、スターチスである上記4記載の方法;
6. 検出対象の特定植物属が、ソバ、落花生、小麦または大豆属である、上記1〜5のいずれかに記載の方法;
7. 標準植物がスターチスであり、スターチス検出用プライマーセットが、配列番号57記載の配列を有するオリゴヌクレオチドと、配列番号58記載の配列を有するオリゴヌクレオチドとからなるセットであり、スターチス検出用プローブが、配列番号59記載の配列を有するオリゴヌクレオチドである、上記2または3記載の方法;
8. 検出対象の特定植物属がソバ属であり、ソバ属検出用プライマーセットが、配列番号14記載の配列を有するオリゴヌクレオチドと、配列番号15記載の配列を有するオリゴヌクレオチドとからなるセットであり、ソバ属検出用プローブが、配列番号64記載の配列を有するオリゴヌクレオチドである、上記2または3記載の方法;
9.検出対象の特定植物属が落花生属であり、落花生属検出用プライマーセットが、配列番号21記載の配列を有するオリゴヌクレオチドと、配列番号26、65または66記載のいずれかの配列を有するオリゴヌクレオチドとからなるプライマーセットであり、落花生属検出用プローブが、配列番号34記載の配列を有するオリゴヌクレオチドである、上記2または3記載の方法;
10. 配列番号57記載の配列を有するオリゴヌクレオチドと、配列番号58記載の配列を有するオリゴヌクレオチドとからなるスターチス検出用プライマーセット;
11. 配列番号14記載の配列を有するオリゴヌクレオチドと、配列番号15記載の配列を有するオリゴヌクレオチドとからなるソバ属検出用プライマーセット。
12. 配列番号21記載の配列を有するオリゴヌクレオチドと、配列番号26、65または66記載のいずれかの配列を有するオリゴヌクレオチドとからなる落花生属検出用プライマーセット;
13. 食品または食品原材料中の特定植物属に属する植物を検出するための方法に用いるためのキットであって、標準植物試料検出用プライマーセットを含む、上記キット;
14. 標準植物試料検出用プローブをさらに含む、上記13記載のキット;
15. 標準植物がスターチスであり、スターチス検出用プライマーセットが、配列番号57記載の配列を有するオリゴヌクレオチドと、配列番号58記載の配列を有するオリゴヌクレオチドとからなるセットである、上記13または14記載のキット;
16. 配列番号59からなる配列を有する、スターチス検出用プローブをさらに含む、上記15記載のキット;
17. 検出対象の特定植物属検出用プライマーセットをさらに含む、上記13〜16のいずれかに記載のキット;
18. 検出対象の特定植物属がソバ属であり、その検出用プライマーセットが、配列番号14記載の配列を有するオリゴヌクレオチドと、配列番号15記載の配列を有するオリゴヌクレオチドとからなるセットである、上記13〜16のいずれかに記載のキット;
19. 配列番号64からなる配列を有するソバ属検出用プローブをさらに含む、上記18記載のキット;
20. 検出対象の特定植物属が落花生属であり、その検出用プライマーセットが、配列番号21記載の配列を有するオリゴヌクレオチドと、配列番号26、65または66記載の配列を有するオリゴヌクレオチドとからなるセットである、上記13〜16のいずれかに記載のキット;
21. 配列番号34からなる配列を有する落花生属検出用プローブをさらに含む、上記20記載のキット;
22. 標準植物試料としてスターチス試料をさらに含む、上記15記載のキット;
23. 標準植物がスターチスであり、かつ、検出対象の特定植物属がソバ属であり、スターチスおよびソバについての検量線を作製するための、スターチスの増幅標的配列を含むDNAとソバの増幅標的配列を含むDNAとを連結して含む検量線作製用プラスミドをさらに含む、上記13記載のキット;
24. 標準植物がスターチスであり、かつ、検出対象の特定植物属が落花生属であり、スターチスおよび落花生についての検量線を作製するための、スターチスの増幅標的配列を含むDNAと落花生の増幅標的配列を含むDNAとを連結して含む検量線作製用プラスミドをさらに含む、上記13記載のキット;
25.食品または食品原材料中のソバ属に属する植物を検出するための方法に用いるためのキットであって、配列番号14記載の配列を有するオリゴヌクレオチドと、配列番号15記載の配列を有するオリゴヌクレオチドとからなるソバ属検出用プライマーセットを含む、上記キット;
26. 配列番号64からなる配列を有するソバ属検出用プローブをさらに含む、上記25記載のキット;
27. 食品または食品原材料中の落花生属に属する植物を検出するための方法に用いるためのキットであって、配列番号21記載の配列を有するオリゴヌクレオチドと、配列番号26、65または66記載の配列を有するオリゴヌクレオチドとからなる落花生属検出用プライマーセットを含む、上記キット;ならびに
28. 配列番号34からなる配列を有する落花生属検出用プローブをさらに含む、上記27記載のキット;
に関する。
本発明の方法、すなわち、被検対象とする試料毎のDNA抽出効率やPCR反応の阻害などの影響に対する補正の方法として、外部からDNAを標準として添加して反応溶液中のPCR反応の阻害などの影響に対する補正を行うのではなく、外部から精製DNA以外の標準植物試料を添加したサンプルから検出対象の特定植物属(本明細書中、「検出対象の特定植物属」とは、定量対象の特定植物属をも包含する)由来のDNAと標準植物由来のDNAを同時に抽出して定量的PCR法を行うという方法は、本明細書において初めて開示されるものである。かかる方法により、標準植物試料と検出対象の特定植物属由来の試料との間で、DNA抽出効率やPCR反応の阻害等の影響が均一な条件で測定できるため、非常に信頼度の高い定量が可能である。また、DNA抽出効率、PCR反応の阻害等の影響、さらには被検対象とする試料中のDNA含有量の違いに対しても補正が可能であるという、有利な効果を本発明の方法は有している。さらに、PCR法による定量分析は、偽陽性が出た場合に、そのPCR増幅産物をDNA配列の解析に供することにより、確実に偽陽性を除外することができるという点から、産業上利用性に優れているといえる。したがって、本発明は、食品または食品原材料中に含まれるアレルギーの原因となる特定植物属に属する植物の定量的検出に有用である。
したがって、本発明の方法において、標準植物試料として用いるスターチス検出用プライマーセット、および特定植物属としてのソバ属または落花生属検出用のプライマーセットも本発明に包含し、さらに、これらのプライマーセットと組合わせて、リアルタイムPCR法による検出に用いるためのプローブも本発明に包含される。また、標準植物試料を検出するためのプライマーセット、および検出対象の特定植物属に属する植物を検出するためのプライマーセットのいずれかまたは両方を含む、本発明の方法の実施に用いるためのキットも本発明の範囲に含まれる。かかるキットは、上記プローブを含んでいてもよい。さらには、標準植物試料を含んでいてもよく、標準植物としてはスターチスが好ましく、その試料としてはスターチス植物体の乾燥粉末が好ましいが、特に種子の乾燥粉末が好ましい。さらには、該キットに含まれるプライマーセットが増幅し得る、標準植物試料の配列を含むDNAと検出対象の特定植物属の配列を含むDNAとを連結して含む、標準植物試料と特定植物属についての検量線を作成するための検量線作成用プラスミドが、上記キットに含まれていてもよい。
本明細書において、所定の植物もしくは植物属(その属に属する、即ち含まれる植物を指す場合も含む)、またはこれらに由来する試料の「検出用プライマー」または「検出するためのプライマー」とは、PCR法において、所定の植物または植物属に属する植物のゲノムDNAの一部を特異的に増幅するためのオリゴヌクレオチドからなるプライマーをいう。PCR法に用いるためのフォワードプライマーとリバースプライマーの2つのオリゴヌクレオチドからなるプライマー対を、本明細書においては「プライマーセット」と称する場合がある。
本発明のプライマーは、各植物属を定量するための定量的PCR法に用いることができるものであるが、各植物属の非定量的(即ち、定性)検出に用いることもできるものであることは言うまでもない。本発明のプライマーを用いると、検出対象とする植物属に属するあらゆる植物種を検出することができ、本発明のプライマーおよびプライマーセットは、定量的および非定量的PCRにおいて有利である。
本明細書中、「検出」という用語は、定性および定量的検出の両方を包含する。
本発明においては、検出対象である特定植物属由来のDNAを特異的に増幅させるためのプライマーを設計する。すなわち、45S rRNA前駆体遺伝子配列中で特定植物属に共通する塩基配列を有する核酸分子とストリンジェントな条件下でハイブリダイズし得るプライマーであって、該核酸分子とハイブリダイズしたときに3’末端が特定植物属のITS−1配列中の塩基と相補的に結合するプライマー(A)またはITS−2配列中の塩基と相補的に結合するプライマー(B)を1種以上使用したPCRの後、特定植物属のITS−1またはITS−2配列の少なくとも一部を含むPCR増幅産物の存在を指標として特定植物属の存在を検出することができるプライマーを設計する。
なお、「ストリンジェントな条件下でハイブリダイズする」とは、2つのDNA断片が、Sambrook Jらによって記載されたような標準的なハイブリダイゼーション条件下で相互にハイブリダイズすることを意味する(Expression of cloned genes in E.coli(Molecular Cloning:A laboratory manual(1989))Cold Springharbor Laboratory Press,New York,USA,9.47−9.62及び11.45−11.61)。より具体的には、例えば以下の式で求められるTm値を基準としてハイブリダイゼーション(例えば約3.0×SSCまたは2.0×SSC、30℃または37℃)を行った後、ハイブリダイゼーションの条件よりストリンジェンシーの高い条件での洗浄(例えば約2.0×SSC、30℃、37℃、40℃、44℃もしくは48℃以上、または1.0×SSCもしくは0.5×SSC、37℃以上など)を行うことを意味する。ハイブリダイズする塩基配列などに応じて適宜ハイブリダイゼーションおよび洗浄に適切な「ストリンジェントな条件」を選択することは、当技術分野では周知技術である。なお、本明細書中、単に「ハイブリダイズする」と記載する場合も、特に条件等を言及しているものを除き、ストリンジェントな条件でハイブリダイズすることを意味する。
Tm=81.5+16.6(log10[Na+])+0.41(fraction G+C)−(600/N)
また、本明細書でいう「属」とは、その属に属する植物全部を含むもの、または属に属する植物の中から選んだ幾つかの種を含むものを意味する。
本発明に用いるプライマーセットは、45S rRNA前駆体遺伝子配列中の、特定植物属内で共通している塩基配列を有する核酸分子とストリンジェントな条件下でハイブリダイズし得るプライマー対であって、該プライマー対のうち少なくとも一方のプライマーは、該核酸分子とハイブリダイズしたときに3’末端が特定植物属のITS−1配列中の塩基と相補的に結合するプライマー(A)またはITS−2配列中の塩基と相補的に結合するプライマー(B)であることが重要である。ここで、プライマー(A)はITS−1と5.8S rRNA遺伝子配列との境界を含む領域にハイブリダイズするもの及びITS−1とSSU rRNA遺伝子配列との境界を含む領域にハイブリダイズするものをも含む。同様に、プライマー(B)はITS−2と5.8S rRNA遺伝子配列との境界を含む領域にハイブリダイズするもの及びITS−2とLSU rRNA遺伝子配列との境界を含む領域にハイブリダイズするものをも含む。プライマー(A)及び(B)は少なくとも15個の塩基からなるものが好ましく、より好ましくは15から30個の塩基からなる。ITS−1配列及びITS−2配列は種に特異的な配列を多く含んでいるので、45S rRNA前駆体遺伝子配列中の、特定植物属内で共通している塩基配列を有する核酸分子として、ITS−1またはITS−2配列中の、特定植物属内で共通し、かつ該属に特異的な塩基配列を有する核酸分子を好適に選択することにより、特定種類の植物属内で共通し、かつ該属に特異性を持つプライマー(A)または(B)を得ることができる。また、プライマー(A)または(B)を1個または2個以上使用してもよく、2個以上使用する場合には、さらに特定種類の植物属に対する特異性が高くなる。
また、別の態様としては、プライマー(A)と、特定植物属のITS−1、5.8S rRNA遺伝子、ITS−2及びLSU rRNA遺伝子が連続して結合した配列の一部の塩基配列を有する核酸分子とストリンジェントな条件下でハイブリダイズし得るプライマー(C)とを使用する。あるいはプライマー(A)と、特定植物属のSSU rRNA遺伝子及びITS−1が連続して結合した配列の一部の塩基配列を有する核酸分子とストリンジェントな条件下でハイブリダイズし得るプライマー(E)とを使用する。さらに、別の態様としては、プライマー(B)と、特定植物属のSSU rRNA遺伝子、ITS−1、5.8S rRNA遺伝子及びITS−2が連続して結合した配列の一部の塩基配列を有する核酸分子とストリンジェントな条件下でハイブリダイズし得るプライマー(D)とを使用する。あるいはプライマー(B)と、特定植物属のITS−2及びLSU rRNA遺伝子に連続して結合した配列の一部の塩基配列を有する核酸分子とストリンジェントな条件下でハイブリダイズし得るプライマー(F)とを使用する。ここで、5.8S rRNA遺伝子は保存性が高く、大多数の植物に共通な配列を多く含んでいる。それ故、プライマー(C)として、5.8S rRNA遺伝子の一部の塩基配列を有する核酸分子とストリンジェントな条件下でハイブリダイズし得るプライマーであって、該核酸分子とハイブリダイズしたときに3’末端が5.8S rRNA遺伝子配列中の塩基配列と相補的に結合するプライマーを好適に選択することにより、またはプライマー(D)として、5.8S rRNA遺伝子の一部の塩基配列を有する核酸分子とストリンジェントな条件下でハイブリダイズし得るプライマーであって、該核酸分子とハイブリダイズしたときに3’末端が5.8S rRNA遺伝子配列中の塩基配列と相補的に結合するプライマーを好適に選択することにより、該プライマーは種々の植物に対して共通して使用することも可能である。これらのプライマーを固定し、ITS−1またはITS−2領域から検出したい特定植物属内で共通し、かつ該属に特異的なプライマーを選択することによって、該特定植物属に属する植物の混入を高感度で検出するためのプライマーを容易に設計することができる。プライマー(C)〜(F)は少なくとも15個の塩基からなるものが好ましく、より好ましくは15から30個の塩基からなる。
これらプライマーを設計するに当たっては、例えば「PCR法最前線−基礎技術から応用まで」(タンパク質・核酸・酵素 臨時増刊号1996年 共立出版株式会社)や「バイオ実験イラストレイテッド3本当に増えるPCR:細胞工学別紙 目で見る実験ノートシリーズ」(中山広樹著1996年 株式会社秀潤社)、「PCRテクノロジー−DNA増幅の原理と応用−」(Henry A Erlich編、加藤邦之進監修 宝酒造株式会社)等に基づいて設計すればよいが、未加工品からの検出の場合には、DNAが分解している可能性が少ないので、700塩基以内の増幅産物を得ることができるプライマーであってもよく、加工食品からの検出の場合には、DNAが分解して短くなっている可能性が考えられ、このような観点から200塩基以内の増幅産物を得ることができるプライマーが高い感度を得ることができるという点から好ましい。
上述の観点から、プライマー(C)または(D)は配列番号1で表される塩基配列またはその相補鎖の塩基配列を有する核酸分子とストリンジェントな条件下でハイブリダイズし得るプライマーであることが好ましい。5.8S rRNA遺伝子配列は、ほぼ全域にわたって植物間で相同性が高いため、どこの領域にハイブリダイズするプライマーであっても使用することができるが、配列番号1は特に高い相同性を有する領域であるため、前記プライマーが好ましい。さらに好ましくは、配列番号1の位置11〜63の塩基配列またはその相補鎖の塩基配列を有する核酸分子とストリンジェントな条件下でハイブリダイズし得るプライマーである。このようなプライマー(C)としては、配列番号2〜4で表されるオリゴヌクレオチドが好ましい(配列番号1にハイブリダイズする)。また、このようなプライマー(D)としては、配列番号5〜7で表されるオリゴヌクレオチドが好ましい(配列番号1の相補鎖にハイブリダイズする)。前記プライマーは、標的とする核酸分子と特異的にストリンジェントな条件下でハイブリダイズすることが必要であり、またハイブリダイズしたプライマーがプライマーとして機能し、伸長反応が起きるには3’末端の塩基が標的とするDNA配列部分と相補的な塩基となっている必要がある。従って、このような要件を満たしていれば、前記プライマーは、配列番号2〜7で表される塩基配列の1個または数個の塩基が欠失、置換または付加された塩基配列で表されるオリゴヌクレオチドであってもよい。
ITS−1やITS−2配列中の、特定植物属内で共通し、かつ該属に特異的な塩基配列は、検出対象である特定植物属および他の植物属の種々の植物のITS−1〜5.8S rRNA遺伝子〜ITS−2配列をGenBankから取得し、アライメントを行い、該特定植物属に共通し、かつ該属に特異性の高い領域を探すことによって特定することができる。さらに、この特定した領域の中から、特に該特定植物属とその近縁種と考えられる植物との特異性が確保できる塩基を3’末端の塩基に設定して、プライマー配列を選定することができる。
例えば、特定植物属がソバ属の場合、ソバ属のITS−1配列中の、ソバ属内で共通し、かつ該属に特異的な塩基配列としては、市販ソバの大多数がFagopyrum esculentum(普通ソバ)であることや実際の市販ソバの配列がGenBankのFagopyrum esculentum(普通ソバ)配列と合致したことにより、F.esculentumの配列から選択すればよく、具体的には、配列番号8、9または10で表される塩基配列あるいはそれらの相補鎖の塩基配列を挙げることができる。好ましくは、配列番号8の位置11〜61の塩基配列またはその相補鎖の塩基配列、配列番号9の位置11〜67の塩基配列またはその相補鎖の塩基配列を挙げることができる。また、配列番号10は、特にソバ属の一部であるF.esculentum(普通ソバ)、F.tataricum(ダッタンソバ)、F.homotropicum、F.cymosumを特異的に検出したいプライマーを選ぶ領域として有用である。
ソバ属のプライマー(A)としては、配列番号11〜16で表されるオリゴヌクレオチドが好ましい(配列番号11〜14は配列番号8の相補鎖に、配列番号15及び16は配列番号9に、それぞれストリンジェントな条件でハイブリダイズする)。また、前記プライマーは配列番号11〜16で表される塩基配列の1個または数個の塩基が欠失、置換または付加された塩基配列で表されるオリゴヌクレオチドであってもよい。また、ITS−2配列中で、ソバ属に共通し、かつ該属に特異的な塩基配列としては、配列番号36または37で表される塩基配列あるいはそれらの相補鎖の塩基配列を挙げることができる。これらは、特にソバ属の一部であるF.esculentum(普通ソバ)、F.tataricum(だったんソバ)、F.homotropicum、F.cymosumを特異的に検出したい際のプライマーを選ぶ領域として有用である。そして、プライマーの組み合わせとしては、配列番号11〜14のいずれかと、配列番号15、16または配列番号2〜4とのいずれかとの組み合わせが好ましい。
特定植物属が落花生属の場合、市販落花生の大多数がArachis hypogaeaであるが、実際の市販落花生の配列がGenBankのA.correntina、A.villosaの配列と合致したことにより、落花生属のITS−1配列中の、落花生属内で共通し、かつ該属に特異的な塩基配列としては、A.villosaの配列から選択すればよく、具体的には、配列番号17〜20で表される塩基配列またはそれらの相補鎖の塩基配列を挙げることができる。好ましくは、配列番号17の位置11〜62の塩基配列またはその相補鎖の塩基配列、配列番号18の位置11〜47の塩基配列またはその相補鎖の塩基配列、配列番号19の位置11〜50の塩基配列またはその相補鎖の塩基配列、配列番号20の位置11〜58の塩基配列またはその相補鎖の塩基配列である。
落花生属のプライマー(A)としては、配列番号21〜31、65および66で表されるオリゴヌクレオチドが好ましい(配列番号21〜23は配列番号17の相補鎖に、配列番号24および25は配列番号18の相補鎖に、配列番号30および31は配列番号20の相補鎖に、配列番号26〜29、65および66は配列番号19に、それぞれストリンジェントな条件でハイブリダイズする)。また、前記プライマーは、上記のとおりそれぞれの相手側の配列とストリンジェントな条件でハイブリダイズするオリゴヌクレオチドであれば、配列番号21〜31、65および66で表される塩基配列のうちの1個または数個の塩基が欠失、置換または付加された塩基配列を有するものであってもよい。また、落花生属のITS−2配列中の、落花生属内で共通し、かつ該属に特異的な塩基配列としては、配列番号38で表される塩基配列あるいはそれらの相補鎖の塩基配列を挙げることができる。好ましくは、配列番号38の位置11〜47の塩基配列またはその相補鎖の塩基配列である。さらに、落花生属のプライマー(B)としては、配列番号39で表されるオリゴヌクレオチドが好ましい(配列番号38にストリンジェントな条件でハイブリダイズする)。また、前記プライマーは配列番号39で表される塩基配列の1個または数個の塩基が欠失、置換または付加された塩基配列で表されるオリゴヌクレオチドであってもよい。そして、プライマーの組み合わせとしては、配列番号21、24または25と配列番号2〜4のいずれかとの組み合わせ、配列番号21、24または25と配列番号39との組み合わせ、または配列番号39と配列番号5〜7のいずれかとの組み合わせ、または配列番号21〜23、30および31のいずれかと配列番号26〜29、65および66のいずれかとの組合わせが好ましいが、配列番号21、24、および25のいずれかと配列番号2〜4のいずれかとの組み合わせ、または、配列番号21と配列番号26、65および66のいずれかとの組合わせがより好ましい。
特定植物属が小麦属の場合、小麦属のITS−2配列中の、小麦属内で共通し、かつ該属に特異的な塩基配列として、配列番号40〜42で表される塩基配列あるいはそれらの相補鎖の塩基配列を挙げることができる。好ましくは、配列番号40の位置11〜50の塩基配列またはその相補鎖の塩基配列、配列番号41の位置11〜47の塩基配列またはその相補鎖の塩基配列、配列番号42の位置11〜47の塩基配列またはその相補鎖の塩基配列である。
小麦属のプライマー(B)としては、配列番号43〜45で表されるオリゴヌクレオチドが好ましい(配列番号43は配列番号40の相補鎖に、配列番号44は配列番号41に、配列番号45は配列番号42に、それぞれストリンジェントな条件でハイブリダイズする)。また、前記プライマーは配列番号43〜45で表される塩基配列の1個または数個の塩基が欠失、置換または付加された塩基配列で表されるオリゴヌクレオチドであってもよい。そして、プライマーの組み合わせとしては、配列番号43と配列番号44および45の1個以上との組み合わせが好ましい。
特定植物属が大豆属の場合、大豆属のITS−2配列中の、大豆属内で共通し、かつ該属に特異的な塩基配列として、配列番号46、47または48で表される塩基配列あるいはそれらの相補鎖の塩基配列を挙げることができる。好ましくは、配列番号46の位置11〜48の塩基配列またはその相補鎖の塩基配列、配列番号47の位置11〜55の塩基配列またはその相補鎖の塩基配列、配列番号48の位置11〜52の塩基配列またはその相補鎖の塩基配列である。
大豆属のプライマー(B)としては、配列番号49〜56で表されるオリゴヌクレオチドが好ましい(配列番号49は配列番号46の相補鎖に、配列番号50〜65は配列番号47に、配列番号56は配列番号48に、それぞれストリンジェントな条件でハイブリダイズする)。また、前記プライマーは配列番号49〜56で表される塩基配列の1個または数個の塩基が欠失、置換または付加された塩基配列で表されるオリゴヌクレオチドであってもよい。そして、プライマーの組み合わせとしては、配列番号49と配列番号50〜56の1個以上との組み合わせが好ましい。
これらプライマーの設計や、設計したプライマーの評価にあたっては、PCRシミュレーションを利用しても良い。
例えば、ソバ属を検出するプライマーの設計においては、食用ソバ(普通ソバ、ダッタンソバ)を含むソバ属の植物21配列に共通かつ特異性の高い領域をITS−1〜5.8S rRNA遺伝子〜ITS−2配列部分から見出し、さらに他の植物との特異性が確保できる塩基を3’末端の塩基に設定して配列を選定する。ただし、ソバ属の場合ITS−1〜5.8S rRNA遺伝子〜ITS−2配列部分においては、種ごとに塩基の欠落部分や欠落塩基数に違いがあるため、ソバ属の植物21配列すべてから同じサイズの増幅産物を得るためには、さらに選別する必要がある。同じサイズの増幅産物を得ることができれば、容易にソバ属の存在を検出することができる。ソバ属では、特にプライマー(A)とプライマー(C)、または2個のプライマー(A)を選定することによって、ソバ属の植物21配列すべてから同じサイズの増幅産物を得ることがシミュレーションで確認できる。これにより、サイズによって非特異産物との識別が容易にできるプライマーを設計することができる。
本発明においては、上記プライマーを用いて、PCR法により検出対象である特定植物属に属する植物を検出する。または、定量的PCR法により該植物を定量する。
PCRに当たっては、例えばSaiki RK,et al.,Science,230:1350−1354(1985)や植物細胞工学別冊、植物のPCR実験プロトコール、島本功・佐々木卓治監修(1995年)等に記載されている通常の方法に基づき、変性、アニーリング、伸長の各ステップの温度と時間、酵素(DNAポリメラーゼ)の種類と濃度、dNTP濃度、プライマー濃度、塩化マグネシウム濃度、鋳型DNA量等の条件を適宜、変更し最良のものを選択する。
また、PCR増幅で使用するプライマーとテンプレートDNAのアニーリング温度を、HYB SimulatorTM version 4.0(Advanced Gene Computing Technologies,Inc.)やPrimer ExpressTM version 1.5(Applied Biosystems社)等の市販ソフトで算出した該プライマーのTm値よりも高い温度、好ましくはTm値+10〜+3℃に設定してPCR増幅を行い、次いでアニーリング温度を該プライマーのTm値近傍、好ましくはTm値+7〜±0℃の温度に設定してPCR増幅を行うこともできる。
定量的PCR法としては、リアルタイムPCR法を用いる定量方法が好ましい。リアルタイムPCR法としては、サイバーグリーン(SYBR Green)法、TaqMan(商標)プローブ法などの蛍光プローブ(Fluorogenic probe)法、モレキュラービーコン(Molecular Beacon)法、およびLightCycler(商標)プローブ法などが挙げられるが、これらに限定はされない。種々の方法が最近精力的に開発されており、当業者であれば、任意の方法を実施することができる。この場合のプローブの設計に当たっては、増幅標的配列に対するPCRプライマーがハイブリダイズする部位の内側に、ストリンジェントな条件でハイブリダイズし得る配列から選択する。
特に、上記の通り設計された特定植物特異的なプライマーセットと、5’末端に発光色素および3’末端に消光剤を有している、増幅標的配列に対するPCRプライマーセットの各オリゴヌクレオチドがハイブリダイズする部位の内側に、ストリンジェントな条件でハイブリダイズするプローブとを用いて発光量に基づいてDNAを定量する方法であって、該プローブの5’末端の発光色素は3’末端の消光剤によってその発光が抑制されているが、PCR反応においてTaqポリメラーゼによってプライマーからDNAが伸長されると、Taqポリメラーゼの5’→3’エキソヌクレアーゼ活性により上記プローブが分解され、発光色素と消光剤とが解離して発光を生じることを特徴とする方法が好ましい。また、プローブ配列全体が上記PCRプライマーがハイブリダイズする部位の内側に存在する必要はなく、設計したプローブの3’末端側の塩基とプローブがハイブリダイズする鎖の逆鎖に設計したプライマーの3’末端側の塩基とが1〜10、または1〜5塩基重複していてもよい。また、プローブ配列は、検出対象である特定植物属に共通な配列を有する部分から選択することがより好ましい。上記プローブには、TaqManプローブ(商標)が好ましい。TaqManプローブの設計方法は、当技術分野では公知である(Applied Biosystems社のPrimerExpressソフトウェア簡易操作ガイドPrimerExpressソフトウェアTaqManプローブ検索のための簡易操作ガイド:Rev.C(http://www.appliedbiosystems.co.jp/website/jp/product/ctlgpage.jsp?MODELCD=19775&PLCD=17689&BUCD=131などを参照のこと)。本明細書中においては、所定の植物または植物属の植物の定量的PCRに用いることができるプローブを、所定の植物または植物属の植物の「検出用プローブ」と称する。即ち、本明細書中、検出用プローブとは、各植物属に対する検出用プライマーセットと組合わせて、該プローブを用いることにより、該植物属に属する植物を検出することができるプローブを指す。ここで、検出とは、前述の通り定性および定量的検出の両方を包含し、かかるプローブは、定量的検出にも有利であることは当然理解されるであろう。
該プローブに用いる発光色素としては、FAM、HEX、TETおよびFITCなどが知られているが、これらに限定はされない。また、消光剤としてはTAMRA、Dabcylなど、および非蛍光性消光剤も知られているが、やはり、これらに限定はされない。
上記プローブの長さとしては、13〜30塩基長が好ましく、特に13〜25塩基長が好ましい。また、短い塩基長でもTm値が高く維持できるように、3’末端の消光剤にさらに、MGB(Minor Groove Binden)を標識したプローブを使用することが、より好ましい。具体的には、ソバ属の場合のプローブとしては配列番号64で表わされるオリゴヌクレオチドを例示することができる。落花生属のプローブとしては、プライマーに配列番号24と25のいずれかと配列番号2〜4のいずれかとを組み合わせる場合には配列番号32または33で表される塩基配列の相補鎖の塩基配列に、ストリンジェントな条件でハイブリダイズするオリゴヌクレオチドが好ましく、また、プライマーに配列番号21〜23のいずれかと配列番号26〜29、65および66のいずれかとを組み合わせる場合には、配列番号34で表されるオリゴヌクレオチドを例示することができる。さらにプライマーに配列番号30、31のいずれかと配列番号26〜29のいずれかとを組み合わせる場合には、配列番号34で表されるオリゴヌクレオチドに加え、配列番号35で表される塩基配列あるいはその相補鎖の塩基配列にストリンジェントな条件でハイブリダイズするオリゴヌクレオチドが好ましい。特に好ましい組合せは、プライマーに配列番号21と配列番号26、65および66のいずれかとを組合わせる場合には、プローブとしては配列番号34で表されるオリゴヌクレオチドを用いることが良い。
かかるプローブは、設計した配列のオリゴヌクレオチドを合成した後、市販のキットを使用して作製することも可能であり、またカスタムオーダーにて委託作製も可能であり、当技術分野では多数委託先が知られている(例えば、Applied Biosystems社(http//www.appliedbiosystems.co.jp)など)。
本発明の定量方法は、検出(特に定量)対象である特定植物属由来の試料と標準植物試料とを予め定めた比率で混合した補正用サンプルと、被検対象とする食品または食品原材料に既知量の標準植物試料を添加した被検サンプルとを用い、これらのサンプルから同一の手法でゲノムDNAを抽出し、同一の条件で定量的PCR法を行うことにより、補正用サンプルについて標準植物由来DNAのコピー数(Lo)/特定植物属由来DNAのコピー数(Fo)の値を補正標準値として求め、被検サンプルについて特定植物属由来DNAのコピー数(Fs)/標準植物由来DNAのコピー数(Ls)の値を求め、これを上記補正標準値を用いて補正して、食品または食品原材料(1g)中に含まれる特定植物属の植物の量(μg)を以下の式によって算出する。
特定植物属の植物の量ppm(μg/g)=Fs/Ls×Lo/Fo×1,000,000
したがって、該方法では、被検対象とする食品や食品原材料ごとのDNA抽出効率やPCR反応の阻害等の影響、さらには被検対象とする試料中のDNA含有量の違いに対しても補正が可能である。かかる方法によって、例えば塩等のDNAを含有していない食品原材料や当該原材料を含む食品中の特定植物属に属する植物を適切に定量検出することも可能である。
さらに、偽陽性か否かの判断をする必要がある場合には、PCR終了後の反応液中に含まれるPCR増幅産物のDNA配列を解析することにより、厳密に調べることができる。
本発明に用いる標準植物試料は、種々の成分によるDNA抽出効率への影響がなるべく均質であることが望ましいことから、検出対象である特定植物属に類似の状態のものであることが好ましい。また、検査に供する食品または食品原材料中に混入する可能性のない植物種に由来するものが好ましい。また、栽培過程で、畑地雑草が食用作物に混入する可能性を排除することが極めて困難であり、微量の雑草由来の物質が食用作物中に混入しているとの現状に鑑みて、かかる畑地雑草として認知されている植物種以外の植物種を標準植物試料とすることが好ましい。すなわち、標準植物試料の選定に当たっては、食品または食品原材料に使用する植物が混入する恐れがなく、かつ食品または食品原材料中に混入する恐れがないものを選定する必要がある。
該畑地雑草としては、様々な畑地雑草が知られているが、主には、イネ科、タケ亜科、ガマ科、カヤツリグサ科、キク科、タデ科、ツユクサ科、トクサ科、クワ科、スベリヒユ科、ナデシコ科、アカザ科、マメ科、カタバミ科、トウダイグサ科、セリ科、ヒルガオ科、シソ科、オオバコ科、ナス科、ウリ科などが挙げられる。詳細には、日本雑草学会のホームページ等の記載を参照されたい。
また、例えば市販されている種子等、一度に大量に均一の材料を入手可能でき、それを保存しておけるものが、標準植物試料としてさらに好ましい。
さらに、標準植物試料は植物のいかなる組織(種子、葉、根茎など)に由来するものでもよいが、検出対象がソバ、小麦および落花生等の種子に由来するものであれば、同様の種子に由来するものであることが好ましい。このような観点から言えば、例えば、すいか、パパイヤ、メロン等を含まない食品について検査する場合には、皮や果肉により外界と隔離された果肉の中に数多くの種子が存在する、すいか、パパイヤ、メロン等の植物種が好ましい。また、種子が外界とは隔離されていなくとも、食用作物として栽培されていない植物種であれば好ましい。このような条件を考慮すると、本発明に用いる標準植物試料としては、上記条件を満たすものであれば特に限定はされないが、ネモフィラ(ハゼリソウ科)、グロキシニア(イワタバコ科)およびスターチス由来のものが挙げられ、スターチス(イソマツ科)の種子が特に好ましい。
標準植物試料としては、DNA抽出阻害活性またはPCR反応阻害活性を有する成分の含量が高いものは、DNA抽出効率、ならびに定量的PCR法の感度および/または精度等の観点から、避けた方が好ましい。
本明細書中の実施例には、標準植物試料としてスターチスの種子を用いた例を挙げている。上述のように畑地雑草は食用作物に混入する恐れが高く、標準植物試料としては不適切であるため、畑地雑草として日本雑草学会のホームページ(http//wssj.ac.affrc.go.jp)に挙げられている860種類の植物全部の科名を調べ、その中にない科に属する植物としてスターチスが選択された。スターチスのITS−1配列を特異的に検出するプライマーを用いて、一般的な食品原材料である市販の小麦粉5種類、コーングリッツ5種類、カラシ3種類についてスターチスの混入の有無を試験したが、いずれにおいても全く検出されなかったことから、スターチスは、本発明における標準植物試料として好適であると推定された。
尚、スターチスの代わりに、畑地雑草を数多く含むイネ科の中の米を標準植物試料として用いることが好ましくないことを本発明者らは確認している。これは、畑地雑草であるイネ科植物が原材料植物の収穫の際等に、収穫物に混入するためであると考えられる。
標準植物試料として選択した植物材料(例えばスターチスの種子)を粉砕したものを検出対象である特定植物属由来の試料として選択した植物(例えばソバ)の粉砕物と予め定めた比率で混合して補正用サンプルを用意する。これとは別に、上記と同様の標準植物試料の粉砕物を被検対象である食品または食品原材料に添加して被検サンプルを調製する。なお、上記粉砕工程においては、他の食品原材料や、特に検出対象とする特定植物属由来の試料と標準植物試料とが、お互いに混入しないように、十分に配慮することが重要であり、粉砕に使用する器具等の洗浄等に万全を期すべきである。なお、上記補正用および被検サンプルを調製するに当たっては、補正用サンプル中の特定植物由来の試料の量と被検サンプル中の食品または食品原材料の試料の量はほぼ同じ量とすることが好ましく、また、補正用サンプル中の標準植物試料の量と被検サンプル中の標準試料由来の試料の量はほぼ同じ量とすることが好ましい。
次に、これらサンプルからDNAを抽出する。このDNAの抽出は、種々の公知の方法によって行うことができ、市販のキットまたはプレパックカラムを用いることもできる。例えば、QIAGEN Genomic DNA HandbookやUser−Developed Protocol:Isolation of genomic DNA from plants using the QIAGEN Genomic−tipを参考にして、QIAGEN社製のGenomic−tipを用いればよい。
そして、抽出されたDNAを定量的PCR法に供する。定量分析のためのPCR技術は、種々のものが公知であるが、TaqManプローブ(登録商標)を用いるリアルタイムPCR定量法が簡便かつ有利であろう。
標準植物試料の検出(定量的検出も含む)用のプライマーは、標準植物試料のDNAに特異的な増幅をもたらすプライマーであることが好ましい。さらには、検出対象である特定植物属由来の試料と標準植物試料を予め定めた比率で混合した補正用サンプルから抽出したゲノムDNAに対して定量的PCR法を行った時の標準植物由来のDNAのコピー数が、特定植物属由来のDNAのコピー数とかけ離れておらず、両者のコピー数の差が100倍以内、好ましくは10倍以内になるプライマーであることが、前述のLo/Fo比が安定するため好ましい。
例えば、スターチスを標準植物試料とする場合、スターチスのプライマーは、そのITS−1配列の一部に由来する以下の配列:
からなるプライマーを用いることができ、さらに、スターチス検出用のTaqManプローブとしては、前述した如く、増幅標的配列に対するPCRプライマーがハイブリダイズする部位の内側にハイブリダイズするものであればよく、例えば、ITS−1配列の一部に由来する以下の配列:
を有するプローブに蛍光色素を標識してTaqManプローブとして用いることができる。
リアルタイムPCR定量法により、補正用サンプルおよび被検サンプルの標準植物由来のDNAのコピー数と検出対象の特定植物属由来のDNAのコピー数を、検量線から算出する。
この検量線の作製は、当業者であれば種々の方法により容易に実施できる。標準植物試料および検出対象の特定植物属由来の試料についての定量的PCR法による増幅標的配列を含む既知の長さのDNAをテンプレートとして用いて定量的PCR法を実施して検量線を作製することができる。
さらには、標準植物試料および検出対象の特定植物属由来の試料についての定量的PCR法による増幅標的配列を含む検量線用のプラスミドを作製し、これをテンプレートに用いることにより、より再現性が高く、誤差の少ない検量線を作製することができる。検出対象とする特定植物属由来の試料の増幅標的配列を含むDNAと、標準植物試料の増幅標的配列を含むDNAとを1つのプラスミドベクターに挿入した検量線用プラスミドを作製する。該プラスミドを、大腸菌等で増幅させることにより、検量線用のテンプレートを得ることができる。
例えば、標準植物試料および検出対象の特定植物属由来の試料についての定量的PCR法による増幅標的配列を、アウタープライマーとブリッジプライマーを用いるJayaraman K.らの方法(1992.BioTechniques 12:392−398)を用いて連結することができる。
1つのプラスミド中に標準植物試料および検出対象の特定植物属由来の試料についての増幅標的配列を含有させることにより、希釈による両配列の濃度の誤差を低減させることができる。また、短いプラスミドDNA分子を用いることによっても、希釈の誤差を低減させ得る。
検量線用テンプレートは、その塩基長が既知であるものを使うため、重量濃度と塩基長より検量線用テンプレート溶液中に含まれるコピー数が決定できる。このコピー数に照らして、被検サンプル中に含まれるコピー数を算定する。
こうした本発明の定量的PCR検出法の考え方は、検出対象である特定の原料が畜産製品等の動物に由来するものである場合、および特定の原料が微生物に由来するものである場合にも適用することは可能であり、検出対象である特定の原料が畜産製品等の動物に由来するものである場合は動物由来の原材料を標準試料とすることが好ましく、特定の原料が微生物に由来するものである場合は、微生物由来の原材料を標準試料とすることが好ましい。
本明細書は本願の優先権の基礎である日本国特許出願第2003−139513号の明細書および/または図面に記載される内容を包含する。
図1Bは、ダッタンソバについてPCRの感度を調べた結果である。PCR後、2%アガロースゲル電気泳動およびエチジウムブロマイドで染色し、蛍光イメージアナライザーで解析した。
図2は、ソバPCRの特異性を調べた結果である。PCR後、2%アガロースゲル電気泳動およびエチジウムブロマイドで染色し、蛍光イメージアナライザーで解析した。
図3は、スターチスPCRの特異性を、他の植物種子について調べた結果である。PCR後、2%アガロースゲル電気泳動およびエチジウムブロマイドで染色し、蛍光イメージアナライザーで解析した。
図4は、スターチスPCRの特異性を、種々の食品原材料について調べた結果である。PCR後、2%アガロースゲル電気泳動およびエチジウムブロマイドで染色し、蛍光イメージアナライザーで解析した。
図5Aは、ソバDNAの定量的PCR法の結果である。ソバDNA500pg、小麦、落花生、ダイズ、トウモロコシ、カラシ、胡椒、米はそれぞれDNA50ngについて定量的PCR法を行ったが、ソバ以外では、定量検出域では検出されず、ソバのみが特異的に定量可能であることを確認した。
図5Bは、ソバDNAの定量的PCR法の結果である。ソバはDNA500pg、スターチスDNA50ngについて定量的PCR法を行ったが、スターチスでは定量検出域では検出されないことを確認した。
図6は、ソバDNAの定量的PCR法の結果である。ソバカズラDNAについて定量的PCR法を行い、ソバカズラは、DNA50ngをテンプレートにした場合においても、検量線用プラスミド10コピーのテンプレートの場合に対して増幅速度が明らかに遅く、かつThreshold Lineにもかかることはなく、定量検出域では検出されず、ソバのみが特異的に定量可能であることを確認した。
図7は、検量線用プラスミドを用いてソバDNAの定量的PCR法を行った結果である。
図8は、図7の結果から得られたグラフである。
図9は、スターチスDNAの定量的PCR法の結果である。スターチスはDNA500pgをテンプレートとしてPCRを行った。小麦、落花生、ダイズ、トウモロコシ、カラシ、胡椒、米、ソバカズラはそれぞれDNA50ngについて定量的PCR法を行ったが、定量検出域では検出されず、スターチスのみが特異的に定量可能であることを確認した。
図10は、検量線用プラスミドを用いてスターチスDNAの定量的PCR法を行った結果である。
図11は、図10の結果から得られたグラフである。
図12は、落花生PCRの特異性を、種々の食品原材料について調べた結果である。PCR後、2%アガロースゲル電気泳動およびエチジウムブロマイドで染色し、蛍光イメージアナライザーで解析した。
図13は、落花生DNAの定量的PCR法の結果である。落花生DNA500fg、小麦、ソバ、ダイズ、トウモロコシ、リンゴ、アズキ、スターチスはそれぞれDNA50ngについて定量的PCR法を行ったが、落花生以外では、定量検出域では検出されず、落花生のみが特異的に定量可能であることを確認した。
図14は、落花生DNAを用いて落花生DNAの定量的PCR法を行った結果である。
図15は、図14の結果から得られたグラフである。
(1)ソバの種子:
タカノ株式会社より販売されている白花ソバ(普通ソバFagopyrum esculentum:2倍体)、ダッタンソバ(Fagopyrum tataricum:2倍体)の種子を用いた。
(2)小麦、落花生、大豆、とうもろこし、カラシ、スターチスの種子と白胡椒、米(玄 米):
市販品を用いた。
(3)小麦、大豆、とうもろこし、カラシ、ソバカズラの葉:
市販品の種子から発芽させた葉を用いた。
B.DNA抽出
(1)ソバの種子、白胡椒からのDNA抽出
QIAGEN Genomic DNA HandbookやUser−Developed Protocol:Isolation of genomic DNA from plants using the QIAGEN Genomic−tipを参考にして、QIAGEN社製のGenomic−tipを用い、以下の方法で行った。
細かく粉砕した試料1gを15ml容チューブに入れ、4mlのCarlson Lysisバッファー(0.1M Tris−HCl(pH9.5)、2% CTAB、1.4M Polyethylene Glycol #6000、20mM EDTA)、8μlのRNase A(100mg/ml)、10μlの2−メルカプトエタノール、80μlのプロテイナーゼK(20mg/ml))を加え、混合した後、74℃で20分間保温した。室温に戻した後、これに5mlのフェノール:クロロホルム:イソアミルアルコール(25:24:1)を加え、良く混合した後、遠心分離により水層を回収した。この水層に等量のクロロホルム:イソアミルアルコール(24:1)を加え、良く混合した後、遠心分離により水層を回収した。再度、この水層に等量のクロロホルム:イソアミルアルコール(24:1)を加え、良く混合した後、遠心分離により水層を回収した。
得られた水層の1/2量をとり、イソプロパノール沈殿により沈殿物を回収した。沈殿物は500μlのバッファーQBTに溶解し、予め1mlのバッファーQBTで平衡化したGenomic−tip20/Gに供してDNAをカラムに吸着させた。その後、5mlのバッファーQBT、続いて2mlのバッファーQCでカラムを洗浄した。最終的に1.7mlのバッファーQFで溶出し、イソプロパノール沈殿により回収した沈殿物を40μlの滅菌超純水に溶解した。溶液中のDNA濃度を測定し、適宜滅菌超純水で希釈したものをPCRの鋳型DNA試料とした。
(2)小麦、大豆、とうもろこし、カラシ、スターチスの種子と米(玄米)からのDNA 抽出
DNeasy Plant Maxi Kit Handbookを参考にして、QIAGEN社製のDNeasy Plant Maxi Kitを用い、以下の方法で行った。
細かく粉砕した試料2gを50ml容チューブに入れ、10mlのバッファーAP1、20μlのRNase A(100mg/ml)を加えて混合し、65℃で15分間保温した後、約3,000×gで10分間遠心分離した。得られた上清のうち4mlを15ml容チューブに回収し、そこに1.8mlのバッファーAP2を加えて、氷中で10分間放置した後、約3,000×gで10分間遠心分離した。得られた上清をQIAshredder Spin Columnに供し、約3,000×gで5分間遠心分離した。得られたパス液のうち5mlを50ml容チューブに回収し、そこに7.5mlのバッファーAP3/Eを加えて混合した後、DNeasy Spin Columnに供し、約3,000×gで5分間遠心分離してDNAをColumnに吸着させた。その後、Columnに12mlのバッファーAWを加え、約3,000×gで5分間遠心分離してColumnを洗浄、再度12mlのバッファーAWを加え、約3,000×gで10分間遠心分離してColumnを洗浄した。最終的に65℃で予め保温しておいた1mlのバッファーAEをColumnに加え、10分間放置後に約3,000×gで5分間遠心分離してColumnからDNAを溶出した。溶液中のDNA濃度を測定し、適宜滅菌超純水で希釈したものをPCRの鋳型DNA試料とした。
(3)落花生の種子からのDNA抽出:
QIAGEN Genomic DNA HandbookとNucleoSpin Extract 2 in 1 For Direct Purification of PCR Productsを参考にして、QIAGEN社製のDNeasy Plant Maxi KitとMACHEREY−NAGEL社製のNucleoSpin Extract 2 in 1を組合わせて用い、以下の方法で行った。
細かく粉砕した試料1gを15ml容チューブに入れ、10mlのバッファーG2、100μlのProteinase K(20mg/ml)、10μlのRNase A(100mg/ml)を加え、混合した後、50℃で1時間保温した。その後、約3,000×gで10分間遠心分離し、その上清液を得た。得られた上清液を、予め1mlのバッファーQBTで平衡化したGenomic−tip 20/Gに供してDNAをColumnに吸着させた。その後、4mlのバッファーQCでColumnを洗浄し、予め50℃に加温してある1mlのバッファーQFで溶出させた。溶出液に4容量のバッファーNT2を加えて混合した後、二本のNucleoSpin Extract Columnに一回に650μlずつ供し、約6,000×gで1分間遠心分離してDNAをColumnに吸着させた。これを全液量処理するまで繰り返した。その後、Columnに600μlのバッファーNT3を加え、約6,000×gで1分間遠心分離してColumnを洗浄、再度600μlのバッファーNT3を加え、最高速度で1分間遠心分離して、Columnに残っているバッファーNT3を完全に除去した。最終的に100μlのバッファーNEをColumnに加え、最高速度で1分間遠心分離してColumnから溶出し、イソプロパノール沈澱により回収した沈澱物を50μlの滅菌超純水に溶解した。溶液中のDNA濃度を測定し、適宜滅菌超純水で希釈したものをPCRの鋳型DNA試料とした。
(4)小麦、大豆、とうもろこし、カラシ、ソバカズラの葉からのDNA抽出:
DNeasy Plant Mini Kit Handbookを参考にして、QIAGEN社製のDNeasy Plant Mini Kitを用い、以下の方法で行なった。
細かく粉砕した試料0.5gを15ml容チューブに入れ、3mlのバッファーAP1、30μlのRNase A(100mg/ml)を加え、混合した後、65℃で15分間保温した。その後、これに975μlのバッファーAP2を加えて、氷中で10分間放置し、遠心分離によりその上清液を得た。得られた上清をQIAshredder Spin Columnに供し、遠心分離によりColumnのパス液を得た。このパス液に0.5容量のバッファーAP3、1容量のエタノールを加えて混合した後、二本のDNeasy Spin Columnに一回に650μlずつ供し、約6,000×gで1分間遠心分離してDNAをColumnに吸着させた。これを、全液量処理するまで繰り返した。その後、Columnに500μlのバッファーAWを加え、約6,000×gで1分間遠心分離してColumnを洗浄、再度500μlのバッファーAWをColumnに加え、最高速度で1分間遠心分離して、Columnに残っているバッファーAWを完全に除去した。最終的に65℃で予め保温しておいた120μlのバッファーAEをColumnに加え、約6,000×gで1分間遠心分離してColumnから溶出した。溶液中のDNA濃度を測定し、適宜滅菌超純水で希釈したものをPCRの鋳型DNA試料とした。
C.ソバのITS−1〜5.8S rRNA遺伝子配列の一部を検出するPCR
(1)ソバ属検出用プライマー:
プライマー配列には、ソバ属に属する植物のGenBankに登録されている以下の21配列中のITS−1〜5.8S rRNA遺伝子配列に共通な配列を用いた。
1:Fagopyrum urophyllum(AB000342)
2:Fagopyrum urophyllum(AB000341)
3:Fagopyrum tataricum(sub#species:potanini)(AB000340)
4:Fagopyrum tataricum(AB000339)
5:Fagopyrum statice(AB000338)
6:Fagopyrum statice(AB000337)
7:Fagopyrum pleioramosum(AB000336)
8:Fagopyrum lineare(AB000335)
9:Fagopyrum leptopodum(AB000334)
10:Fagopyrum homotropicum(AB000333)
11:Fagopyrum gracilipes(AB000332)
12:Fagopyrum esculentum ancestralis(AB000331)
13:Fagopyrum esculentum(AB000330)
14:Fagopyrum cymosum(AB000329)
15:Fagopyrum cymosum(AB000328)
16:Fagopyrum cymosum(AB000327)
17:Fagopyrum cymosum(AB000326)
18:Fagopyrum cymosum(AB000325)
19:Fagopyrum cymosum(AB000324)
20:Fagopyrum capillatum(AB000323)
21:Fagopyrum callianthum(AB000322)
そして、下記配列のオリゴDNAプライマー(株式会社QIAGEN社製OPC精製品)を合成して、ソバITS−1〜5.8S rRNA遺伝子配列の一部を検出するPCR(以下、ソバPCRとする)用プライマーとして使用した。
(2)ソバ属検出用プライマーの特異性(PCRシミュレーション):
PCRシミュレーションソフトAmplify 1.0(Bill Engels)により、ソバ属に属する植物の21配列、ソバ以外のアレルギーを起こす恐れのある植物の8配列(落花生、小麦、大豆、クルミ、松茸、桃、リンゴ、オレンジ)、食品原材料としてよく使われている植物の4配列(とうもろこし、米、胡椒、カラシ)、ソバ近縁種の植物の27配列から、ソバ検出用プライマーでPCR増幅産物が得られるシミュレーション結果となるかを確認した。ここでいうソバ近縁種の植物とは、GenBankに登録されている普通ソバFagopyrum esculentumの塩基配列(AB000330)のITS−1配列部分をBLASTホモロジー検索に供して、Score 60bits以上となったソバ属以外の植物のことである。今回は、さらにその植物が属する属の中で最もScoreが高い値となった種の配列を、その属の代表の配列として選定した。なお、PCRシミュレーションはそれら配列のITS−1〜5.8S rRNA遺伝子〜ITS−2配列の領域に対して行った。シミュレーションに用いた配列のGenBank Accession Numberならびに、シミュレーション結果を表1A〜1Cに示す。表1A〜1Cの省略文字、記号は以下に示す通りである:
黒星印:標的サイズ付近(±10bp)のPCR増幅産物が得られると予想されたもの
W値:PCR増幅産物の得られる可能性
得られる可能性が高い…W6>W5>W4>W3>W2…得られる可能性が低い
数値(bp):PCR増幅産物のサイズ(bp)
Amplifyで得られた値から2を引いた値
−:PCR増幅産物なしと予想されたもの
シミュレーションの結果、表1A〜1Cに示す通り、ソバ属の21配列からは標的とした101bpのサイズのPCR増幅産物が得られることが予想された。また、ソバ属以外のアレルギーを起こす恐れのある植物の8配列(落花生、小麦、大豆、クルミ、松茸、桃、リンゴ、オレンジ)、食品原材料としてよく使われている植物の4配列(とうもろこし、米、胡椒、カラシ)、ソバ近縁種の植物の27配列からは、標的サイズのPCR増幅産物ならびに非特異的なPCR増幅産物は得られないことが予想された。
(3)ソバPCR:
QIAGEN社製のHotStarTaq Master Mix Kitを用い、以下の方法で行った。
12.5μlの2×HotStartTaq Master Mix(HotStar Taq DNA Polymerase、PCR バッファーwith 3mM MgCl2、400μM each dNTP)に、配列番号14と配列番号15のプライマーをそれぞれ終濃度で0.5μMずつ、及び鋳型DNAを加え、最終的に滅菌超純水で25μlとした反応用溶液を0.2mlマイクロチューブに入れ、Applied Biosystems社製のサーマルサイクラーGeneAmp PCR System 9600により、95℃,15分(酵素活性化)の後、95℃,1分(変性)、66℃,2分(アニーリング)、72℃,1分(伸長)のサイクルを45回繰り返した後、72℃,4分(最終伸長)として反応させた。得られたPCR反応液をエチジウムブロマイド含有の2%アガロースゲル電気泳動に供して、Amersham Biosciences株式会社製の蛍光イメージアナライザーFluorImager595により解析した。その結果を図1A、1Bと図2に示す。図1A、1Bと図2の省略文字、記号などは以下に示す通りである:
M : 100bp DNA Ladder Marker
(−) : 鋳型DNA未添加
数字 : 添加した鋳型DNA量
矢印 : 標的のPCR増幅産物のバンド(約101bp)。
なお、抽出した植物DNAがPCR増幅可能なレベルの純度であることは、植物chloroplast DNAの一部を増幅するプライマーにより、PCR増幅産物が得られることで確認した(データ省略)。
(4)ソバPCRの感度と特異性:
ソバPCRの結果、図1A、1Bに示す通り、白花ソバ(普通ソバ)とダッタンソバDNA 500〜50fgから標的としたソバITS−1〜5.8S rRNA遺伝子配列から予想される約101bpのサイズのPCR増幅産物が得られた。500〜50fgのソバDNAを検出できる感度とは、ある試料から抽出したDNA50ngを鋳型としてPCRを行った場合、その試料DNA中に含まれる10〜1ppmのソバDNAを検出できるレベルの感度に相当する。
ソバPCRの結果、図2に示す通り、小麦の葉、落花生の種子、大豆の葉、とうもろこしの葉、カラシの葉、白胡椒、米DNA50ngからは標的サイズのPCR増幅産物ならびに非特異的なPCR増幅産物は得られなかった。サケ精子DNAからも同様にPCR増幅産物は得られないことを確認した(データ省略)。さらに、図2に示す通り、ソバ近縁種の一つであるソバカズラの葉DNAについては、50〜5ngでは非常に薄いながら標的サイズのPCR増幅産物が得られたものの、500pg以下では標的サイズのPCR増幅産物ならびに非特異的なPCR増幅産物は得られなかった。500pg以下のソバカズラDNAを偽陽性で検出しない特異性とは、ある試料から抽出したDNA50ngを鋳型としてPCRした場合、その試料DNA中に1%以下のソバカズラDNAが存在していたとしても、それが偽陽性として検出されないレベルの特異性に相当する。また、PCR条件を変更することで、ソバカズラDNA50〜5ngからも標的サイズの産物が得られなくなる可能性もある。
(5)ソバPCR増幅産物の塩基配列解析:
上記で得られた白花ソバDNA由来のPCR増幅産物の塩基配列は、配列番号14と配列番号15のプライマーを用いた両鎖ダイレクトシークエンスにより解析した。得られた塩基配列を、GenBankに登録されている普通ソバFagopyrum esculentumの塩基配列(AB000330)と比較し、白花ソバDNA由来のPCR増幅産物の塩基配列は、GenBankに登録されている普通ソバ(Fagopyrum esculentum)の塩基配列(AB000330)の標的とした部分と100%合致することを確認した。このことから、上記プライマーを用いたPCRにより、ソバITS−1〜5.8S rRNA遺伝子の一部の配列を増幅、検出していることが立証された。
以上の結果より、上記プライマーを用いたソバPCRにより、ソバ属に属する植物全般のITS−1〜5.8S rRNA遺伝子配列を、高感度かつ、特異的に検出できることが明らかとなった。本プライマーを、ソバITS−1〜5.8S rRNA遺伝子配列のコピー数を定量するPCR(以下、ソバ配列の定量的PCR法とする)に用いることとした。
D.スターチスITS−1配列の一部を検出するPCR(補正用)
次に、補正に用いる標準植物試料のPCRによる検出について検討した。
本実施例においては、日本雑草学会の畑地雑草のリストにはない種子植物であって、種子の入手が容易であるスターチスを標準植物試料として用いた。
(1)スターチス検出用プライマー:
GenBankに登録されているスターチスのDNA配列(AJ222860)を基に、下記配列のスターチスITS−1配列の一部を検出するPCR(以下、スターチスPCRとする)用プライマーを設計し、オリゴDNAプライマー(株式会社QIAGEN社製OPC精製品)を合成した。
(2)スターチスPCR:
上記プライマーをそれぞれ終濃度で0.2μMずつ用いたこと以外は、基本的に上記実施例1.C.(3)と同じ方法で行った。その結果を図3と図4に示す。
なお、抽出した植物DNAがPCR増幅可能なレベルの純度であることは、植物chloroplast DNAの一部を増幅するプライマーにより、PCR増幅産物が得られることで確認した(データ省略)。
(3)スターチスPCRの特異性:
スターチスPCRの結果、図3に示す通り、スターチスの種子DNA50ngから標的としたスターチスITS−1配列から予想される約101bpのサイズのPCR増幅産物が得られた。また、白花ソバ、ダッタンソバの種子、小麦の種子、落花生の種子、大豆の種子、とうもろこしの種子、カラシの種子、白胡椒、米、ソバカズラの葉DNA50ngからは標的サイズのPCR増幅産物ならびに非特異的なPCR増幅産物は得られなかった。サケ精子DNAからも同様にPCR増幅産物は得られないことを確認した(データ省略)。
したがって、上記スターチスDNA検出用のプライマーは、スターチスDNAに対する特異性を有していると推測される。
(4)食品原材料へのスターチス混入の有無の評価:
次に、スターチスが標準植物試料として適切であることを確認する。すなわち、食品または食品原材料中に混入していないことを確認するため、スターチスPCRを行った。
スターチスPCRの結果、図4に示す通り、5種類の小麦粉、5種類のコーングリッツ、3種類のカラシの種子DNA 50ngからは標的サイズのPCR増幅産物ならびに非特異的なPCR増幅産物は得られなかった。
(5)スターチスへのソバ混入の有無の評価:
スターチスの種子の試料中に、ソバが混入していないか否かを確認するために、後述の通りに確立したソバ配列の定量的PCR法で確認した。ソバ配列の定量的PCR法の結果、スターチスの種子DNAからは増幅を示す蛍光シグナルの立上がりはみられず、混入は認められないことを確認した(データ省略)。
(6)スターチスPCR増幅産物の塩基配列解析:
上記で得られたスターチスDNA由来のPCR増幅産物の塩基配列は、配列番号57と配列番号58のプライマーを用いた両鎖ダイレクトシークエンスにより解析した。なお、得られた塩基配列を、GenBankに登録されているスターチスLimonium sinuatumの塩基配列(AJ222860)と比較し、スターチスDNA由来のPCR増幅産物の塩基配列は、GenBankに登録されているスターチスLimonium sinuatumの塩基配列(AJ222860)の標的とした部分と100%合致することが確認された。スターチスPCRにより、標的とした、スターチスITS−1の一部の配列を増幅、検出していることが確認できた。
以上の結果より、スターチスは、食品原材料との相互混入がなく、補正用の標準植物試料として適切であることが示唆された。そこで、配列番号57と配列番号58のプライマーを、スターチスITS−1配列のコピー数を定量するPCR(以下、スターチス配列の定量的PCR法とする)に用いることとした。
E.定量解析に用いる検量線用プラスミドの作製
(1)ソバとスターチスPCRの標的DNA配列の連結PCRと連結PCR増幅産物の塩基配列 解析:
ソバ標的増幅産物とスターチス標的増幅産物をPCR法により連結し、TAクローニングベクターに導入して大腸菌に形質転換して増幅させることにより、ソバとスターチスのコピー数を定量解析するための検量線用プラスミドを作製した。
まず、下記配列のオリゴDNAプライマー(株式会社QIAGEN社製OPC精製品)を合成してプライマーとして使用した。これらのプライマーは、上述のソバとスターチスPCRに用いたソバおよびスターチスのプライマー部位を含んでいる。
Jayaraman Kら(1992.A PCR−Mediated Gene Synthesis Strategy Involving the Assembly of Oligonucleotides Representing Only One of the Strands.BioTechniques 12:392−398)の方法を参考にして、QIAGEN社製のHotStarTaq Master Mix Kitを用いて以下の方法により、連結プラスミドを作製した。
25μlの2×HotStartTaq Master Mix(HotStar Taq DNA Polymerase、3mM MgCl2含有PCRバッファー、400μM 各dNTP)に、さらにdNTPを終濃度で500μMとなるように加え、配列番号60と配列番号63をアウタープライマーとしてそれぞれ終濃度で1.0μMずつ、配列番号61と配列番号62をブリッジプライマーとしてそれぞれ終濃度で25nMずつ加え、さらに、鋳型DNAとして実施例1.C.(4)で得られたソバPCRの標的DNA配列を持つPCR増幅産物と実施例1.D.(3)で得られたスターチスPCRの標的DNA配列を持つPCR増幅産物を加え、最終的に滅菌超純水で50μlとした反応用溶液を0.2mlマイクロチューブに入れ、MJ Research社製のサーマルサイクラーPTC−200 DNA Engineにより、95℃,15分(酵素活性化)の後、95℃,1分(変性)、40℃,1分(アニーリング)、72℃,1分(伸長)のサイクルを15回繰り返し、さらに95℃,1分(変性)、66℃,1分(アニーリング)、72℃,1分(伸長)のサイクルを30回繰り返して反応させた。得られたPCR反応液をエチジウムブロマイド含有の2%アガロースゲル電気泳動に供して、アマシャムバイオサイエンス株式会社製の蛍光イメージアナライザーFluorImager 595により解析した。なお、得られたPCR増幅産物の塩基配列は、配列番号60と配列番号63のプライマーを用いた両鎖ダイレクトシークエンスにより解析した。
連結PCRの結果、予想された約220bpのPCR増幅産物が得られた(データ省略)。塩基配列解析の結果、このPCR増幅産物には、ソバとスターチスPCRの標的DNA配列とが含まれていることが確認できた(データ省略)。
(2)連結PCR増幅産物のプラスミドへの導入と導入DNA断片の塩基配列解析:
上記で得られたPCR増幅産物を、pGEM−T Easy Vector System(Promega社製)を用いてpGEM−T Easy VectorにTA cloningし、大腸菌(E.coli JM109(DH5α))に形質転換した。コロニーPCRならびに塩基配列解析によりソバとスターチスPCRの標的DNA配列が含まれていることが確認できた約220bpの導入断片を持つ形質転換体をLB培地で液体培養して、菌体からQIAGEN社製のQIAGEN Hi Speed Plasmid Midi Kitを用いてプラスミドを抽出、精製した。なお、精製したプラスミドに導入されたDNA断片の塩基配列は、プラスミド上にある配列のプライマーを用いた両鎖シークエンスにより解析した結果、意図した通り、形質転換体のプラスミドに導入されたDNA断片の塩基配列には、ソバとスターチスPCRの標的DNA配列が含まれていることが確認できた(データ省略)。
(3)検量線用プラスミドの希釈系列の調製:
プラスミドの長さと、上記で抽出、精製したプラスミドの吸光値(Abs.260nm)から、プラスミドの分子数(コピー数)を計算した。5ng/μlのサケ精子DNA(和光純薬社製デオキシリボ核酸ナトリウム サケ精巣製 繊維状を滅菌超純水に溶解したもの)でプラスミドを希釈して、109〜101コピー/2.5μlの検量線用プラスミド希釈系列を作製した。これを、ソバとスターチス配列の定量的PCR法の検量線作成に用いることとした。
F.ソバ配列のコピー数を定量するPCR
(1)ソバ配列の検出用TaqMan MGBプローブ:
下記配列のTaqMan MGBプローブ(Applied Biosystems Japan株式会社製 リポーター色素FAM)を合成して、ソバ配列の検出用プローブとして使用した。なお、プローブ配列には、ソバ属に属する植物のITS−1〜5.8S rRNA遺伝子配列としてGenBankに登録されている21配列に共通な配列を用いた。
(2)ソバ配列の定量的PCR法:
QIAGEN社製のQuantiTect Probe PCR Kitを用い、以下の方法で行った。
12.5μlの2×QuantiTect Probe PCR Master Mixに、配列番号14と配列番号15のプライマーを終濃度でそれぞれ0.2μMずつと、配列番号64のTaqMan MGBプローブを終濃度で0.2μM、及び鋳型DNAを加え、最終的に滅菌超純水で25μlとした溶液を96穴PCRプレートに分注した。なお、検量線用としては、鋳型DNAの代わりに、検量線用プラスミドDNAの希釈系列を加えた溶液を分注した。分注した96穴PCRプレートを、Applied Biosystems社製のReal Time PCR装置Sequence Detection System 7700にセットし、50℃,2分、95℃,15分の後、95℃,1分(変性)、66℃,2分(アニーリング)、72℃,1分(伸長)のサイクルを45回繰り返して反応させた。反応は全て同一試料を2ウェル並行で行なった。反応終了後、伸長ステップにおける蛍光データを解析した。なお、ベースラインは、始めに0−1サイクルに設定して蛍光の立ち上がりの始まるサイクルを確認して、そのサイクルよりも前の範囲で適宜設定した。また、閾値ライン(Threshold Line)の設定は、Kuribara H et al.2002.Novel Reference Molecules for Quantitation of Genetically Modified Maize and Soybean.Journal of AOAC International 85:1077−1089に記載の方法に従って行なった。その結果を図5AおよびB、図6、図7と図8に示す。
なお、抽出した植物DNAがPCR増幅可能なレベルの純度であることは、植物クロロプラストDNAの一部を増幅するプライマーにより、PCR増幅産物が得られることで確認した(データ省略)。
(3)ソバ配列の定量的PCR法の特異性:
ソバ配列の定量的PCR法の結果、図5AおよびBに示す通り、白花ソバの種子DNAから増幅を示す蛍光シグナルの立ち上がりが確認された。一方、小麦の葉、落花生の種子、大豆の葉、とうもろこしの葉、カラシの葉、白胡椒、米、スターチスの種子DNA50ngからは増幅を示す蛍光シグナルの立上がりは認められなかった。サケ精子DNAからも増幅を示す蛍光シグナルの立上がりは認められなかった。(データ省略)なお、図6に示す通り、ソバカズラの葉DNA50ngで増幅シグナルの立ち上がりはみられたものの、その立ち上がりは検量線の10copyよりも遅い立ち上がりサイクル数(Ct値)、かつThreshold Lineにかからなかった。
この特異性は、ある試料にスターチスを添加したものから抽出したDNA50ngを鋳型としてPCRを行った場合、その試料が100%食用ではない雑草の一種のソバカズラ(ソバ近縁種)であったとしても、それが偽陽性として定量されないレベルに相当する。
(4)ソバ配列の定量的PCR法の定量性と感度:
ソバ配列の定量的PCR法の結果、図7と図8に示す通り、108〜101コピーの検量線用プラスミドで、相関係数0.999、かつ傾き−3.504の検量線を引くことができる定量性と感度を確認できた。また、白花ソバDNA50fgからも増幅を示す蛍光シグナルの立ち上がりがみられる感度を確認でき、さらには白花ソバDNA5ng〜50fgのCt値をプロットすると、この範囲でも相関のある直線を引くことができる定量性を確認できた(データ省略)。
以上の結果より、配列番号14と配列番号15のプライマー、配列番号64のプローブを用いたソバ配列の定量的PCR法により、ソバ属に属する植物全般のITS−1〜5.8S rRNA遺伝子配列を高感度かつ特異的に検出し、そのコピー数を定量できることが明らかとなった。本ソバ配列の定量的PCR法と次に示す補正用のスターチス配列の定量的PCR法と組合わせて、ソバの混入量測定に用いることとした。
G.スターチス配列のコピー数を定量するPCR
(1)スターチス配列の検出用TaqMan MGBプローブ:
下記配列のTaqMan MGBプローブ(Applied Biosystems Japan株式会社製 リポーター色素FAM)を合成して、スターチス配列の検出用プローブとして使用した。
(2)スターチス配列の定量的PCR法と解析:
配列番号57と配列番号58のプライマーをそれぞれ終濃度で0.2μMずつ用いたこと、配列番号59のTaqMan MGBプローブを終濃度で0.2μM用いたこと以外は、基本的に実施例1.のF.(2)と同じ方法で行なった。その結果を図9、図10と図11に示す。
(3)スターチス配列の定量的PCR法の特異性:
スターチス配列の定量的PCR法の結果、図9に示す通り、スターチスの種子DNAから増幅を示す蛍光シグナルの立ち上がりがみられた。一方、白花ソバとダッタンソバの種子、小麦の種子、落花生の種子、大豆の種子、とうもろこしの種子、カラシの種子、白胡椒、米、ソバカズラの葉DNA50ngからは増幅を示す蛍光シグナルの立ち上がりがみられなかった。サケ精子DNAからも増幅を示す蛍光シグナルの立上がりはみられなかった(データ省略)。
(4)スターチス配列の定量的PCR法の定量性:
スターチス配列の定量的PCR法の結果、図10と図11に示す通り、108〜101コピーの検量線用プラスミドで、相関係数0.999、かつ傾き−3.386の検量線を引くことができる定量性を確認できた。
以上の結果より、配列番号57と配列番号58のプライマー、配列番号59のプローブを用いたスターチス配列の定量的PCR法により、スターチスのITS−1配列を特異的に検出し、そのコピー数を定量できることが明らかとなった。補正用の本スターチス配列の定量的PCR法と実施例1.F.に示したソバ配列の定量的PCR法と組合わせて、ソバの混入量測定に用いることとした。
(1)スターチス:
サカタのタネより販売されている切花用エキセレントライトブルー(単一ロット品)を用いた。
(2)ソバ:
タカノ株式会社より販売されている白花ソバ(普通ソバFagopyrum esculentum:2倍体)のソバ粉、ダッタンソバ(F.tataricum:2倍体)のソバ粉、高嶺ルビー(F.esculentum:2倍体)のソバ粉、グレートルビー(F.esculentum:4倍体)のソバ粉を用いた。なお、擬似混入試料の作製には、白花ソバ粉を用いた。
(3)小麦:
市販の農林61号を用いた。
(4)米:
市販の秋田小町の無農薬玄米を用いた。
B.標準としたスターチスと、擬似混入試料の作製に用いた米、小麦の粉砕とDNA抽出
(1)粉砕:
粉砕は、Retsch社製の超遠心粉砕機Ultra Centrifugal Mill ZM1にロータ(ステンレス鋼製24本刃)とスクリーン(ステンレス鋼製0.20mm)をセットして行った。
(2)粉砕機の洗浄:
試料の粉砕前と後に、粉砕機の試料受け皿、試料蓋、ロータ、スクリーン、とめ具類、治具などの部品は、水洗浄、10%ブリーチ溶液に浸漬、水洗浄、乾燥して使用した。粉砕機の本体部分は、エアガン洗浄、拭き掃除して使用した。
(3)粉砕機にソバとスターチス汚染がないことの確認:
大量粉砕前に、その試料の一部、あるいはソバやスターチスの混入が無い市販の皮付きとうもろこしを凍結乾燥したものを粉砕して、そこからDNAを抽出し、実施例1.F.とG.に記載のソバ配列やスターチス配列の定量的PCR法で、50ngの鋳型DNAから増幅の立ち上がりを示す蛍光シグナルの有無を確認した。蛍光シグナルがなかった場合には汚染がないと判断して、以下の大量粉砕に進んだ。蛍光シグナルがあった場合には汚染があると判断して、粉砕機を再度洗浄し、ソバやスターチスの混入が無いことを確認済みの玄米(1kg)を当該粉砕機で粉砕した後、洗浄するとともに新品スクリーンに交換を行った後、再度上記ソバやスターチスの混入が無い市販の皮付きとうもろこしを凍結乾燥したものを粉砕し、同様の方法で蛍光シグナルの有無を確認し、粉砕機にソバとスターチスの汚染がないと判断できた上で、以下の大量粉砕に進んだ。
(4)スターチスの大量粉砕と、その粉砕物にソバの混入がないことの確認:
ソバの汚染が無いことを確認した粉砕機で、約1kgのスターチスを粉砕した。粉砕物から2gずつ10点サンプリングして、実施例1.B.(2)に記載の方法でDNeasy Plant Maxi KitによりDNAを抽出し、ソバ配列の定量的PCR法で、50ngの鋳型DNAから増幅の立ち上がりを示す蛍光シグナルがないことを確認した(データ省略)。これにより、ソバの混入がない、スターチスの粉砕物を確保した。
(5)米、小麦の大量粉砕と、それらの粉砕物にソバとスターチスの汚染がないことの 確認:
ソバとスターチスの汚染が無いことを確認した粉砕機で、約500gの米を粉砕した。粉砕物から2gずつ5点サンプリングして、実施例1.B.(2)に記載の方法でDNeasy Plant Maxi KitによりDNAを抽出し、ソバ配列とスターチス配列の定量的PCR法で、50ngの鋳型DNAから増幅の立ち上がりを示す蛍光シグナルがないことを確認した(データ省略)。小麦も同様にして行った。これにより、ソバとスターチスの混入がない、米、小麦の粉砕物を確保した。
C.擬似混入試料の作製
(1)ソバ粉/米の粉砕物の擬似混入試料:
静防OP[特殊静防処理]PZタイプ(三方チャック袋)の号数No.6(福助工業株式会社)に、米の粉砕物45.00gをはかり込んだものを6個準備して、No.1〜6の番号を付けた。ソバ粉5.00gをNo.1の袋にはかり込み、袋の口を閉じて手で15分間混合して、10%のソバ粉を含む米の粉砕物を得た。続いて、この10%(100,000ppm)のソバ粉を含む米の粉砕物5.00gをNo.2の袋にはかり込み、袋の口を閉じて手で15分間混合して、1%(10,000ppm)のソバ粉を含む米の粉砕物を得た。この希釈、混合操作を繰り返し、100,000〜1ppmのソバ粉を含む米の粉砕物を作製した。
(2)ソバ粉/小麦の粉砕物の擬似混入試料:
同様にして、100,000〜1ppmのソバ粉を含む小麦の粉砕物を作製した。
(3)ソバ粉/米と小麦の粉砕物の擬似混入試料:
静防OP[特殊静防処理]PZタイプ(三方チャック袋)の号数No.5(福助工業株式会社)に、10ppmのソバ粉を含む米の粉砕物12.5gと10ppmのソバ粉を含む小麦の粉砕物12.5gをはかり込み、袋の口を閉じて手で15分間混合して、10ppmのソバ粉を含む米と小麦の粉砕物を作製した。
D.DNA抽出時の擬似混入試料サンプリングスケールの決定
(1)白花ソバ粉の粒度分布測定:
ソバ粉を球と仮定した時の粒径を求めるため、白花ソバ粉の粒度分布測定(レーザー回折・散乱法・乾式、圧力0.5kg/cm2の条件)を行なった。測定は、粉株式会社セイシン企業の粉体測定技術センターに依頼した。結果、白花ソバ粉の累積50%の粒径(X50)は80.941μmとなった。
(2)白花ソバ粉のカサ密度測定:
ソバ粉の密度(粉の内部にある空壁を含めた密度)を求めるため、白花ソバ粉のカサ密度測定(Hg法・一定体積のセルにソバ粉を入れた後に水銀でセルを満たす方法)を行った。測定は、粉株式会社セイシン企業の粉体測定技術センターに依頼した。結果、白花ソバ粉のカサ密度(水銀法)は1.181g/cm3となった。
ソバ粉の占める体積=(セルの体積)−(入れた水銀の体積)
ソバ粉のカサ密度(水銀法)=(入れたソバ粉の重量)/(ソバ粉の占める体積)
(3)擬似混入試料中のソバ粉粒数の試算とサンプリングスケールの決定:
白花ソバ粉の粒径80.941μmと密度1.181g/cm3の測定値から、ソバ粉一粒あたりの重さを計算し、種々のソバ粉濃度の擬似混入試料中に存在するソバ粉の粒数を試算した。結果を表2に示す。今回、定量の目標とした混入量10ppmのソバを含む擬似混入試料からDNA抽出のための試料をサンプリングする場合、サンプリングした試料の中に最低でも100粒程度のソバ粉が入る様にしようとすると、サンプリング量は4g以上必要ということがわかった。DNA抽出には5gサンプリングすることとした。
E.100%ソバ粉+スターチス標準、擬似混入試料+スターチス標準からのDNA抽出
(1)各種ソバ粉試料:
白花ソバ粉を6点、高値ルビーソバ粉、グレートルビーソバ粉、ダッタンソバ粉をそれぞれ3点サンプリングしてDNA抽出に用いた。
(2)擬似混入試料:
100ppm白花ソバ粉/小麦の粉砕物、10ppm白花ソバ粉/小麦の粉砕物、10ppm白花ソバ粉/米の粉砕物、10ppm白花ソバ粉/小麦と米の粉砕物をそれぞれ3点サンプリングして、DNA抽出に用いた。
(3)DNA抽出:
QIAGEN Genomic DNA HandbookやUser−Developed Protocol:Isolation of genomic DNA from plants using the QIAGEN Genomic−tipを参考にして、QIAGEN社製のGenomic−tipを用い、以下の方法で行った。
試料5gとスターチス粉砕物1gを50ml容チューブに入れ、30mlのCarlson Lysisバッファー(0.1M Tris−HCl(pH9.5)、2% CTAB、1.4M Polyethylene Glycol #6000、20mM EDTA)、60μlのRNase A(100mg/ml)、75μlの2−メルカプトエタノール、600μlのプロテイナーゼK(20mg/ml)を加え、さらに試料の分散性を高めるためにジルコニアボール(株式会社ニッカトー社製 YTZボール φ7mm)3つを入れてシェーカー(イワキ産業株式会社製 KM Shaker V−DX)で10分間以上ダマが無くなるまで混合(SPEED 100)した後、74℃で20分間保温した。なお、保温中は5分おきにチューブを手で振って混合した。
3,000×gで10分間遠心分離した後、15ml容チューブに上清を4mlとり、5mlのフェノール:クロロホルム:イソアミルアルコール(25:24:1)を加えて良く混合した。これを、3,000×gで10分間遠心分離した後、15ml容チューブに上清(水層)をとり、3.5mlのクロロホルム:イソアミルアルコール(24:1)を加えて良く混合した。これを、3,000×gで10分間遠心分離した後、15ml容チューブに上清(水層)をとり、再度クロロホルム:イソアミルアルコール(24:1)抽出と遠心分離を行い、上清(水層)を回収した。上清(水層)のうちの150μlからイソプロパノール沈殿により回収した沈殿物を100μlの滅菌超純水に溶解した後、900μlのバッファーQBTを加えたものを、予め1mlのバッファーQBTで平衡化したGenomic−tip 20/Gに供してDNAをカラムに吸着させた。その後、4mlのバッファーQCでカラムを洗浄した。最終的に1mlのバッファーQFでDNA溶出し、イソプロパノール沈殿により回収した沈殿物を40μlの滅菌超純水に溶解した。溶液中のDNA濃度を測定し、適宜滅菌超純水で希釈したものをPCRの鋳型DNA試料とした。
F.スターチス標準を添加した100%ソバ粉から抽出したDNA中の「スターチス配列のコ ピー数/ソバ配列のコピー数比」の算出
ソバ配列とスターチス配列の定量的PCR法は、実施例1.のF.とG.に記載の方法で行なった。検量線をもとに、スターチス標準を添加した100%ソバ粉から抽出したDNA50ng中のソバ配列のコピー数と、スターチス配列のコピー数を定量した。その定量値をもとに、「スターチス配列のコピー数/ソバ配列のコピー数=Lo/Fo比」を算出した。なお、各ソバ粉のLo/Fo比は、同一サンプルを2ウェル並行で測定し、測定を二回繰り返して得られた比を平均して算出した。
Lo/Fo比測定の結果、表3に示す通り、白花ソバ粉2.36(6点抽出、各点2ウェル測定、測定2回)、高嶺ルビーソバ粉3.25、グレートルビーソバ粉2.70、ダッタンソバ粉4.75(3点抽出、各点2ウェル測定、測定2回)となった。ここで得られた白花ソバ粉のLo/Fo比と、実施例2.G.で算出した擬似混入試料の「ソバ配列のコピー数/スターチス配列のコピー数=Fs/Ls比」を用いて、ソバの混入量を求めることとした。なお、各種ソバ粉のLo/Fo比を測定した時の生データを表4Aと表4Bに示す。
白花ソバ粉に対して、最も測定値のずれが大きかったダッタンソバ粉でも約2倍であり、本方法はPCRによる定量法としては十分の精度を有していると考えられる。
G.スターチス標準を添加した擬似混入試料から抽出したDNA中の「ソバ配列のコピー数 /スターチス配列のコピー数比」の算出と、擬似混入試料中のソバ混入量の計算
ソバ配列とスターチス配列の定量的PCR法は、実施例1.のF.とG.に記載の方法で行なった。検量線をもとに、スターチス標準を添加した擬似混入試料から抽出したDNA50ng中のソバ配列のコピー数と、スターチス配列のコピー数を定量した。その定量値をもとに、「ソバ配列のコピー数/スターチス配列のコピー数=Fs/Ls比」を算出した。なお、擬似混入試料のFs/Ls比は、同一サンプルから3点抽出、各点2ウェルで測定して算出した。ここで算出したFs/Ls比と、実施例2.F.で算出したLo/Fo比を用い、下式により、擬似混入試料(1g)中のソバの混入量(μg)を求めた。
ソバの混入量ppm(μg/g)=Fs/Ls×Lo/Fo×1,000,000
Fs/Ls比測定と混入量算出の結果、表5に示す通り、100ppm白花ソバ粉/小麦の粉砕物、10ppm白花ソバ粉/小麦の粉砕物、10ppm白花ソバ粉/米の粉砕物、10ppm白花ソバ粉/小麦と米の粉砕物について、2回測定した結果ともに妥当な値を得ることができた。なお、各種擬似混入試料のFs/Ls比を測定した時の生データを表6Aと表6Bに示す。
(1)落花生、ソバ(白花ソバ)、スターチスの種子:
実施例1.A.(1)、(2)と同じものを用いた。
(2)小麦、大豆、とうもろこしの葉:
実施例1.A.(3)と同じものを用いた。
(3)小豆、アーモンド、クルミ、マカデミアナッツ、ヘーゼルナッツの種子と、松の 実、ヒマワリの種、ケシの実、ごま、リンゴ:
市販品を用いた。
(4)ソバ(白花ソバ)、小豆の葉
市販品の種子から発芽させた葉を用いた。
B.DNA抽出
(1)スターチスの種子からのDNA抽出
実施例1.B.(2)と同じ方法で行なった。
(2)落花生、アーモンド、ヘーゼルナッツの種子と、ケシの実、ゴマからのDNA抽出:
実施例1.B.(3)と同じ方法で行なった。
(3)ソバ(白花ソバ)、小麦、大豆、とうもろこし、小豆の葉と、リンゴの種子からの DNA抽出:
実施例1.B.(4)と同じ方法で行なった。
(4)マカデミアナッツの種子からのDNA抽出:
QIAGEN Genomic DNA Handbookを参考にして、QIAGEN社製のGenomic−tipを用い、以下の方法で行った。
細かく粉砕した試料1gを50ml容チューブに入れ、10mlのバッファーG2、200μlのProteinase K(20mg/ml)、20μlのRNase A(100mg/ml)を加え、混合した後、50℃で1時間保温した。その後、約3,000×gで10分間遠心分離し、その上清液を得た。さらに上清液の油分や粉末を取り除き、約3,000×gで10分間遠心分離し、その上清液を得た。得られた上清液を、予め1mlのバッファーQBTで平衡化したGenomic−tip 20/Gに供してDNAをColumnに吸着させた。その後、4mlのバッファーQCでColumnを洗浄し、予め50℃に加温してある1mlのバッファーQFで溶出し、イソプロパノール沈澱により回収した沈澱物を100μlの滅菌超純水に溶解した。溶液中のDNA濃度を測定し、適宜滅菌超純水で希釈したものをPCRの鋳型DNA試料とした。
(5)クルミの種子と、松の実、ヒマワリの種からのDNA抽出:
DNeasy Plant Maxi Kit Handbookを参考にして、QIAGEN社製のDNeasy Plant Maxi Kitを用い、以下の方法で行なった。
細かく粉砕した試料1gを15ml容チューブに入れ、10mlのバッファーAP1、10μlのRNase A(100mg/ml)を加え、混合した後、65℃で60分間保温した。その後、約3,000×gで10分間遠心分離し、その上清液を得た。これに1.5mlのバッファーAP2を加えて、氷中で10分間放置し、遠心分離によりその上清液を得た。得られた上清をQIAshredder Spin Columnに供し、遠心分離によりColumnのパス液を得た。このパス液に1.5容量のバッファーAP3、1容量のエタノールを加えて混合した後、DNeasy Spin Columnに供し、約1,500×gで1分間遠心分離してDNAをColumnに吸着させた。その後、Columnに10mlのバッファーAWを加え、約1,500×gで1分間遠心分離してColumnを洗浄、再度10mlのバッファーAWをColumnに加え、約1,500×gで1分間遠心分離して、最後に約3,000×gで10分間遠心分離してColumnに残っているバッファーAWを完全に除去した。最終的に65℃で予め保温しておいた1mlの滅菌超純水をColumnに加え、5分間静置した後に、約3,000×gで5分間遠心分離してColumnから溶出し、イソプロパノール沈殿により回収した沈殿物を100μlの滅菌超純水に溶解した。溶液中のDNA濃度を測定し、適宜滅菌超純水で希釈したものをPCRの鋳型DNA試料とした。
C.落花生のITS−1配列の一部を検出するPCR
(1)落花生検出用プライマー:
プライマー配列には、落花生属に属する植物のGenBankに登録されている以下の11配列中のITS−1配列に共通な配列を用いた。なお、このうちのArachis hypogaeaについては、GenBankに登録されているArachis hypogaea(AF156675)の代わりとして、市販落花生を解析して得た配列も用いた。
1:Arachis batizocoi(AF203553)
2:Arachis correntina(AF203554)
3:Arachis hermannii(AF203556)
4:Arachis hoehnei(AJ320395)
5:Arachis hypogaea(AF156675及び、市販落花生を解析して得た配列)
6:Arachis magna(AF203555)
7:Arachis major(AF203552)
8:Arachis palustris(AF203557)
9:Arachis pintoi(AF203551)
10:Arachis triseminata(AF204233)
11:Arachis villosa(AF203558)
そして、下記配列のオリゴDNAプライマー(株式会社QIAGEN社製OPC精製品)を合成して、落花生ITS−1配列の一部を検出するPCR(以下、落花生PCRとする)用プライマーとして使用した。
(2)落花生検出用プライマーの特異性(PCRシミュレーション):
PCRシミュレーションソフトAmplify 1.0(Bill Engels)により、落花生属に属する植物の11配列、落花生以外のアレルギーを起こす恐れのある植物の8配列(ソバ、小麦、大豆、クルミ、松茸、桃、リンゴ、オレンジ)、食品原材料としてよく使われている植物の8配列(とうもろこし、米、胡椒、カラシ、ニンジン、椎茸、白菜、かぶ)、マメ科植物の6配列(インゲンマメ、ライマメ、ヒラマメ、ヒヨコマメ、緑豆、小豆)、落花生近縁種の植物の69配列、スターチスから、落花生検出用プライマーでPCR増幅産物が得られるシミュレーション結果となるかを確認した。ここでいう落花生近縁種の植物とは、GenBankに登録されている落花生Arachis hypogaeaの塩基配列(AF156675)のITS−1配列部分をBLASTホモロジー検索に供して、Score 60bits以上となった落花生属以外の植物のことである。今回は、さらにその植物が属する属の中で最もScoreが高い値となった種の配列を、その属の代表の配列として選定した。なお、PCRシミュレーションはそれら配列のITS−1〜5.8S rRNA遺伝子〜ITS−2配列の領域に対して行った。配列番号21と配列番号65のプライマーを組み合わせて使用した場合について、シミュレーションに用いた配列のGenBank Accession Numberならびに、シミュレーション結果を表7A〜7Eに代表として示す。表7A〜7Eの省略文字、記号は以下に示す通りである:
*:標的サイズ付近(±10bp)のPCR増幅産物が得られると予想されたもの
W値:PCR増幅産物の得られる可能性
得られる可能性が高い…W6>W5>W4>W3>W2…得られる可能性が低い数値(bp):PCR増幅産物のサイズ(bp)
Amplifyで得られた値から2を引いた値
−:PCR増幅産物なしと予想されたもの
シミュレーションの結果、配列番号21と配列番号65のプライマーを組み合わせて使用した場合、表7A〜7Cに示す通り、落花生属の11配列からは標的とした76bpのサイズのPCR増幅産物が得られることが予想された。また、落花生属以外のアレルギーを起こす恐れのある植物の7配列(ソバ、小麦、大豆、クルミ、松茸、桃、オレンジ)、食品原材料としてよく使われている植物の8配列(とうもろこし、米、胡淑、カラシ、ニンジン、椎茸、白菜、かぶ)、マメ科植物の6配列(インゲンマメ、ライマメ、ヒラマメ、ヒヨコマメ、緑豆、小豆)、落花生近縁種の植物の69配列、スターチスからは、標的サイズのPCR増幅産物ならびに非特異的なPCR増幅産物は得られないことが予想された。なお、リンゴからは、弱いながら標的とは異なるサイズの非特異的なPCR増幅産物が得られる可能性があると予想されたため、別途、実際のPCRで確認することとした。なお、配列番号21と配列番号66に示す配列を有するプライマーを組み合わせて使用した場合、配列番号21と配列番号26のプライマーを組み合わせて使用した場合にも、落花生属の配列から標的とするPCR増幅産物が得られることが予想される結果が得られた。
(3)落花生PCR:
QIAGEN社製のHotStarTaq Master Mix Kitを用い、以下の方法で行った。
12.5μlの2×HotStartTaq Master Mix(HotStar Taq DNA Polymerase、PCRバッファーwith 3mM MgCl2、400μM each dNTP)に、プライマーをそれぞれ終濃度で0.2μMずつ、及び鋳型DNAを加え、最終的に滅菌超純水で25μlとした反応用溶液を0.2mlマイクロチューブに入れ、Applied Biosystems社製のサーマルサイクラーGeneAmp PCR System9600により、95℃,15分(酵素活性化)の後、95℃,30秒(変性)、68℃,30秒(アニーリング、伸長)のサイクルを45回繰り返した後、72℃,4分(最終伸長)として反応させた。得られたPCR反応液をエチジウムブロマイド含有の2%アガロースゲル電気泳動に供して、Amersham Biosciences株式会社製の蛍光イメージアナライザーFluor Imager 595により解析した。配列番号21と配列番号65とのプライマーを組み合わせて使用した場合の結果を図12に代表として示す。図12の省略文字、記号などは以下に示す。
M : 100bp DNA Ladder Marker
(−) : 鋳型DNA未添加
数字 : 添加した鋳型DNA量
矢印 : 標的のPCR増幅産物のバンド(約76bp)
なお、抽出した植物DNAがPCR増幅可能なレベルの純度であることは、植物chloroplast DNAやRubisco遺伝子配列の一部を増幅するプライマーにより、PCR増幅産物が得られることで確認した(データ省略)。
(4)落花生PCRの感度と特異性:
落花生PCRの結果、図12に示す通り、落花生DNA500fgから標的とした落花生ITS−1配列から予想される約76bpのサイズのPCR増幅産物が得られた。500fgの落花生DNAを検出できる感度とは、ある試料から抽出したDNA 50ngを鋳型としてPCRした場合、その試料DNA中に含まれる10ppmのソバDNAを検出できるレベルの感度に相当する。
落花生PCRの結果、図12に示す通り、リンゴの種子、小麦の葉、ソバの葉、小豆の葉、大豆の葉、とうもろこしの葉、スターチスの種子DNA 50ngからは標的サイズのPCR増幅産物ならびに非特異的なPCR増幅産物は得られなかった。リンゴについては、PCRシミュレーションで弱いながら標的とは異なるサイズの非特異的なPCR増幅産物が得られる可能性があると予想されていたが、問題はないことが確認できた。また、アーモンド、ヘーゼルナッツ、マカデミアナッツ、クルミの種子、ケシの実、松の実、ヒマワリの種、ゴマ、サケ精子DNAからも同様にPCR増幅産物は得られないことを確認した(データ省略)。他にも、配列番号21と配列番号66のプライマーを組み合わせて使用した場合、配列番号21と配列番号26のプライマーを組み合わせて使用した場合、ともに、同様の感度と特異性を有するという結果を得た(データ省略)。
(5)落花生PCR増幅産物の塩基配列解析:
上記配列番号21と配列番号65のプライマーを組み合わせて使用した場合に得られた落花生DNA由来のPCR増幅産物の塩基配列は、配列番号21と配列番号65のプライマーを用いた両鎖ダイレクトシークエンスにより解析した。得られた塩基配列を、市販落花生Arachis hypogaeaの塩基配列と比較し、落花生DNA由来のPCR増幅産物の塩基配列は、市販落花生(Arachis hypogaea)の塩基配列の標的とした部分と100%合致することを確認した。(データ省略)このことから、上記プライマーを用いたPCRにより、落花生ITS−1の一部の配列を増幅、検出していることが立証された。他にも、配列番号21と配列番号66のプライマーを組み合わせて使用した場合、配列番号21と配列番号26とのプライマーを組み合わせて使用した場合、ともに、同様に落花生ITS−1の一部の配列を増幅、検出しているという結果を得た。(データ省略)
以上の結果より、上記プライマーを用いた落花生PCRにより、落花生属に属する植物全般のITS−1配列を、高感度かつ、特異的に検出できることが明らかとなった。これらプライマーを、落花生ITS−1配列のコピー数を定量するPCR(以下、落花生配列の定量的PCR法とする)に用いることとした。
D.落花生配列のコピー数を定量するPCR
(1)落花生配列の検出用TaqMan MGBプローブ:
下記配列のTaqMan MGBプローブ(Applied Biosystems Japan株式会社製リポーター色素FAM)を合成して、落花生配列の検出用プローブとして使用した。なお、プローブ配列には、落花生属に属する植物のITS−1配列としてGenBankに登録されている11配列、ならびに市販落花生を解析して得た配列に共通な配列を用いた。
(2)落花生配列の定量的PCR法:
QIAGEN社製のQuantiTect Probe PCR Kitを用い、以下の方法で行った。
12.5μlの2×QuantiTect Probe PCR Master Mixに、プライマーを終濃度でそれぞれ0.2μMずつと、配列番号34のTaqMan MGBプローブを終濃度で0.1μM、及び鋳型DNAを加え、最終的に滅菌超純水で25μlとした溶液を96穴PCRプレートに分注した。分注した96穴PCRプレートを、Applied Biosystems社製のReal Time PCR装置Sequence Detection System7700にセットし、95℃,15分の後、95℃,30秒(変性)、68℃,30秒(アニーリング、伸長)のサイクルを45回繰り返した後、72℃,4分(最終伸長)として反応させた。反応は全て同一試料を2ウェル並行で行なった。反応終了後、伸長ステップにおける蛍光データを解析した。なお、ベースラインは、始めに0−1サイクルに設定して蛍光の立ち上がりの始まるサイクルを確認して、そのサイクルよりも前の範囲で適宜設定した。また、閾値ライン(Threshold Line)の設定は、Kuribara H et al.2002.Novel Reference Molecules for Quantitation of Genetically Modified Maize and Soybean.Journal of AOAC International 85:1077−1089に記載の方法に従って行なった。配列番号21と配列番号65とのプライマーを組み合わせて使用した場合の結果を図13、図14、図15に代表として示す。
なお、抽出した植物DNAがPCR増幅可能なレベルの純度であることは、植物chloroplast DNAやRubisco遺伝子配列の一部を増幅するプライマーにより、PCR増幅産物が得られることで確認した(データ省略)。
(3)落花生配列の定量的PCR法の特異性:
落花生配列の定量的PCR法の結果、図13に示す通り、落花生の種子DNAから増幅を示す蛍光シグナルの立ち上がりが確認された。一方、リンゴの種子、小麦の葉、ソバの葉、小豆の葉、大豆の葉、とうもろこしの葉、スターチスの種子DNA 50ngからは増幅を示す蛍光シグナルの立上がりは認められなかった。また、アーモンド、ヘーゼルナッツ、マカデミアナッツ、クルミの種子、ケシの実、松の実、ヒマワリの種、ゴマ、リンゴ、サケ精子DNAからも増幅を示す蛍光シグナルの立上がりは認められなかった。(データ省略)他にも、配列番号21と配列番号66とのプライマーを組み合わせて使用した場合、配列番号21と配列番号26と組み合わせて使用した場合、ともに、同様の特異性を有するという結果を得た。(データ省略)
(4)落花生配列の定量的PCR法の定量性と感度:
ソバ配列の定量的PCR法の結果、図14と図15に示す通り、落花生DNA50ng〜500fgの範囲で、相関係数0.996、かつ傾き−3.911の検量線を引くことができる定量性と感度を確認できた。また、落花生DNA50fgからも増幅を示す蛍光シグナルの立ち上がりがみられる感度を確認できた。他にも、配列番号21と配列番号66のプライマーを組み合わせて使用した場合、配列番号21と配列番号26を組み合わせて使用した場合、ともに、同様の定量性と感度を有するという結果を得た。(データ省略)
以上の結果より、配列番号21と配列番号65のプライマー、配列番号34のプローブを用いた落花生配列の定量的PCR法、配列番号21と配列番号66とのプライマー、配列番号34のプローブを用いた落花生配列の定量的PCR法、配列番号21と配列番号26とのプライマー、配列番号34のプローブを用いた落花生配列の定量的PCR法により、落花生属に属する植物全般のITS−1配列を高感度かつ特異的に検出し、さらには落花生の標的配列を含む検量線用プラスミドを構築して検量線を作製すれば、落花生配列のコピー数を定量できることが明らかとなった。本落花生配列の定量的PCR法と補正用のスターチス配列の定量的PCR法と組合わせて、落花生の混入量測定に用いることができる。
実施例4:加工処理後のサンプル中の定量的PCR法の定量性の確認:
さらに、加熱調理した加工品モデルとして、100ppm(以下W/W)のソバを含む小麦粉80gに水35g、塩0.8gを加えたドウ(直径6cm、厚さ1mm)を作製し、これを、以下の4通りの加熱処理;▲1▼焼く(160℃、10分)、▲2▼揚げる(185℃、5秒)、▲3▼蒸す(100℃、10分)、▲4▼茹でる(100℃、10分)を行なったものについて、スターチス標準試料と混合して、上記と同様、DNA抽出を行なった後、配列番号14記載の配列を有するオリゴヌクレオチドと配列番号15記載の配列を有するオリゴヌクレオチドからなるプライマーセット、および配列番号64記載の配列を有するプローブを用いて、該加熱後の試料に含まれるソバを定量した。測定された加工品中のソバの定量値をもとに、水分量を加味して、使用した小麦粉中のソバ濃度に換算した結果、▲1▼焼いたもの:145ppm、▲2▼揚げたもの:56ppm、▲3▼蒸したもの:198ppm、▲4▼茹でたもの:143ppmであり、十分な定量性が示された。したがって、食品加工において、最も一般的な加熱処理である、焼く、揚げる、蒸すおよび茹でるのいずれの処理においても、本発明の方法による定量は可能であることが示唆され、このことから、これらの他の加工処理によってもその定量性を喪失することはないと考えられる。したがって、本発明の方法は、広範な加工食品に適用可能である。
本明細書で引用した全ての刊行物、特許および特許出願をそのまま参考として本明細書にとり入れるものとする。
したがって、本発明は、食品または食品原材料中に混入しているアレルギーの原因となる特定植物属に属する植物の定量的検出に有用である。さらに、PCR法による定量分析は、偽陽性が出た場合に、そのPCR増幅産物をDNA配列の解析に供することにより、確実に偽陽性を除外することができるという点から、産業上利用性に優れているといえる。
さらに、本定量的PCR法によると、ELISA法よりダイナミックレンジが広く、かつ食品または食品原材料中に混入した特定の原材料の定量的検出に十分な特異性および感度が高いものとすることができる。また、合成品(プライマー、プローブ)を使用することにより測定結果の再現性が高く、かつ信頼度も高いものとすることができる。
Claims (22)
- PCR法による食品または食品原材料中の特定植物属に属する植物を定量する方法であって、
検出対象である特定植物属由来の試料とスターチス試料とを予め定めた比率で混合した補正用サンプルを用意し、該サンプルからゲノムDNAを抽出すること、
被検対象である食品または食品原材料に既知量のスターチス試料を添加した被検サンプルを調製し、該サンプルからゲノムDNAを抽出すること、
検出対象である特定植物属由来の試料を検出するためのプライマーセット、およびスターチス試料を検出するためのプライマーセットを用いて各サンプルから抽出したゲノムDNAをテンプレートとしてリアルタイムPCR法を実施すること、
補正標準値として、補正用サンプルについて上記リアルタイムPCR法によってスターチス由来DNAのコピー数/特定植物属由来DNAのコピー数の値(Lo/Fo値)を求めること、ならびに
被検サンプルについて上記リアルタイムPCR法によって特定植物属由来DNAのコピー数/スターチス由来DNAのコピー数の値(Fs/Ls値)を求め、式:特定植物属の植物の量ppm(μg/g)=Fs/Ls×Lo/Fo×1,000,000によって、食品または食品原材料1g中に含まれる特定植物属の植物の量(μg)を算出すること、
を含む上記方法。 - リアルタイムPCR法が、5’末端に発光色素および3’末端に消光剤を有している、PCRプライマーセットの各オリゴヌクレオチドがハイブリダイズするゲノムDNAの部位の内側にハイブリダイズするプローブを用いて、発光量に基づいてDNAを定量する方法であって、ここで、プローブの5’末端の発光色素はその3’末端の消光剤によってその発光が抑制されているが、PCR反応においてTaqポリメラーゼによってプライマーからDNAが伸長されると、Taqポリメラーゼの5'→3'エキソヌクレアーゼ活性により上記プローブが分解され、発光色素と消光剤とが解離して発光を生じることを特徴とする、請求項1記載の方法。
- 検出対象の特定植物属が、ソバ、落花生、小麦または大豆属である、請求項1または2記載の方法。
- スターチス検出用プライマーセットが、配列番号57記載の配列を有するオリゴヌクレオチドと、配列番号58記載の配列を有するオリゴヌクレオチドとからなるセットである、請求項1〜3のいずれか1項記載の方法。
- 更にスターチス検出用プローブを使用し、該スターチス検出用プローブが、配列番号59記載の配列を有するオリゴヌクレオチドである、請求項4記載の方法。
- 検出対象の特定植物属がソバ属であり、ソバ属検出用プライマーセットが、配列番号14記載の配列を有するオリゴヌクレオチドと、配列番号15記載の配列を有するオリゴヌクレオチドとからなるセットである、請求項1〜3のいずれか1項記載の方法。
- 更にソバ属検出用プローブを使用し、該ソバ属検出用プローブが、配列番号64記載の配列を有するオリゴヌクレオチドである、請求項6記載の方法。
- 検出対象の特定植物属が落花生属であり、落花生属検出用プライマーセットが、配列番号21記載の配列を有するオリゴヌクレオチドと、配列番号26、65または66記載のいずれかの配列を有するオリゴヌクレオチドとからなるセットである、請求項1〜3のいずれか1項記載の方法。
- 更に落花生属検出用プローブを使用し、該落花生属検出用プローブが、配列番号34記載の配列を有するオリゴヌクレオチドである、請求項8記載の方法。
- 食品または食品原材料中の特定植物属に属する植物を検出するための方法に用いるためのキットであって、配列番号57記載の配列を有するオリゴヌクレオチドと、配列番号58記載の配列を有するオリゴヌクレオチドとからなるスターチス検出用プライマーセット、および特定植物属検出用プライマーセットを含む、上記キット。
- 配列番号59からなる配列を有するスターチス検出用プローブをさらに含む、請求項10記載のキット。
- 検出対象の特定植物属がソバ属であり、その検出用プライマーセットが、配列番号14記載の配列を有するオリゴヌクレオチドと、配列番号15記載の配列を有するオリゴヌクレオチドとからなるセットである、請求項10または11記載のキット。
- 配列番号64からなる配列を有するソバ属検出用プローブをさらに含む、請求項12記載のキット。
- 検出対象の特定植物属が落花生属であり、その検出用プライマーセットが、配列番号21記載の配列を有するオリゴヌクレオチドと、配列番号26、65または66記載の配列を有するオリゴヌクレオチドとからなるセットである、請求項10または11記載のキット。
- 配列番号34からなる配列を有する落花生属検出用プローブをさらに含む、請求項14記載のキット。
- 標準植物試料としてスターチス試料をさらに含む、請求項10〜15のいずれか1項記載のキット。
- 検出対象の特定植物属がソバ属であり、スターチスおよびソバについての検量線を作製するための、スターチスの増幅標的配列を含むDNAとソバの増幅標的配列を含むDNAとを連結して含む検量線作製用プラスミドをさらに含む、請求項10記載のキット。
- 検出対象の特定植物属が落花生属であり、スターチスおよび落花生についての検量線を作製するための、スターチスの増幅標的配列を含むDNAと落花生の増幅標的配列を含むDNAとを連結して含む検量線作製用プラスミドをさらに含む、請求項10記載のキット。
- 食品または食品原材料中のソバ属に属する植物を検出するための方法に用いるためのキットであって、配列番号14記載の配列を有するオリゴヌクレオチドと、配列番号15記載の配列を有するオリゴヌクレオチドとからなるソバ属検出用プライマーセットを含む、上記キット。
- 配列番号64からなる配列を有するソバ属検出用プローブをさらに含む、請求項19記載のキット。
- 食品または食品原材料中の落花生属に属する植物を検出するための方法に用いるためのキットであって、配列番号21記載の配列を有するオリゴヌクレオチドと、配列番号26、65または66記載の配列を有するオリゴヌクレオチドとからなる落花生属検出用プライマーセットを含む、上記キット。
- 配列番号34からなる配列を有する落花生属検出用プローブをさらに含む、請求項21記載のキット。
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