PacBio HiFi と Hi-C 技術を用いた Microtus fortis の染色体レベルゲノムの構築

大きな科学的可能性を秘めた小さな哺乳類

ヨシネズミは、中国の湿地に生息するマウスほどの大きさの齧歯類だが、単なる野外の小動物以上の価値を持っている。人に深刻な寄生虫を自然に阻むことがあり、ヒトの病態に似た形で自発的に一部のがんを発症し、繊維質の多い過酷な食餌でも生き延びる。これらの特性はこの動物を特に有用な実験モデルにしている。しかしこれまで、研究者はこの種の完全な遺伝情報を欠いており、得られる知見に制約があった。本研究はその欠落していた設計図、すなわちヨシネズミの詳細な染色体レベルのDNAマップを提供する。

ゲノムマップが重要な理由

高品質なゲノムは生物学の参照アトラスのようなものだ。個々の遺伝子に関する散発的な情報に代わり、遺伝子がどのように配列され互いにどのように働く可能性があるかを示す「染色体長」の章立てが得られる。ヨシネズミ（Microtus fortis）にとってこれは特に重要だ。その自然な抵抗性は、ヒトに住血吸虫症を引き起こす寄生虫 Schistosoma japonicum に対する耐性として長く研究者の関心を引いてきた。ヨシネズミは消化、生態行動、卵巣がんの研究にも使われる。確かなゲノムマップがなければ、これらの特異な形質を形作るDNA領域を特定したり、マウス、ラット、ヒトの遺伝子ときれいに比較したりすることは難しかった。

遺伝的設計図の作成方法

研究チームは遺伝的背景を可能な限り単純にするため、単一の健康な雄個体の組織から開始した。高品質なDNAを抽出し、異なる目的に優れる二つの現代的なシーケンシング技術に投入した。PacBio HiFi シーケンシングは長く高精度な配列を生成し、ゲノムの基礎ドラフトを組み立てるのに理想的だ。Hi-C シーケンシングは細胞核内でどの部分のDNAが近接しているかを捉え、より小さな断片を完全な染色体に結び付ける手がかりを与える。研究者はさらに筋肉、肝臓、卵巣のRNAもシーケンスして、どの遺伝子が異なる組織で実際に発現しているかを確認し、遺伝子位置の同定と検証に役立てた。

生データから完全な染色体へ

専門ソフトウェアを用いて、研究者らはまず長いDNAリードをコンティグと呼ばれる大きな塊に縫い合わせ、次に同一染色体の二重コピーから生じる重複断片を除去した。続いて、Hi-C データ—遠く離れたDNA領域間の物理的接触パターン—を用いて、これらのブロックを配置・向きを決め、既知の核型（染色体数）に一致する26本の染色体長のピースに組み立てた。最終アセンブリは約22.9億塩基対に相当し、ほぼ全てが染色体に割り当てられるなど非常に連続性が高い。品質チェックでは、標準的な重要な哺乳類遺伝子セットの96％以上が存在し完全であることが示され、アセンブリが網羅的かつ高精度であることを強く示唆した。

ゲノムが明かす内部の構造

組み上げられたゲノムを手掛かりに、チームはその内容を解析した。23,678 個のタンパク質コード遺伝子を同定し、それらの配列を公開データベースと比較し既知のタンパク質ドメインを探索することで、ほぼすべてに推定機能を割り当てることができた。また、移動因子や反復配列などの非コードDNAも多数カタログ化し、これらはゲノムのほぼ42％を占める。さらに、タンパク質合成や遺伝子調節に関与する多数のRNA遺伝子も同定した。研究者らは加えて、細胞のエネルギー源として働く小さな環状DNAであるミトコンドリアゲノムの完全配列を構築・検証し、今後の研究が核ゲノムとミトコンドリア由来の影響の両方を追跡できるようにした。

将来の発見のための基盤

断片的だったヨシネズミのDNA像を高解像度の染色体レベルマップへと変えたことで、本研究は研究者に強力な新たなツールを提供する。研究者は今や、ヨシネズミが持つ住血吸虫に対する自然免疫、特異な消化系、がんや行動モデルとしての価値を与える遺伝子やゲノムパターンを体系的に探索できる。ゲノムはまた、齧歯類同士の比較のための重要な参照を提供し、彼らの身体や防御機構がどのように進化したかを明らかにする。実用面では、この成果はより標的を絞った実験の基盤を築き、最終的には感染症対策やがん研究を含む人の健康に資する知見へつながる可能性がある。

引用: Zhang, D., Hu, Q., He, T. et al. Assembling a chromosome-level genome for the Microtus fortis using PacBio HiFi and Hi-C technologies. Sci Data 13, 447 (2026). https://doi.org/10.1038/s41597-026-06813-3

キーワード: ヨシネズミ ゲノム, 染色体レベルアセンブリ, PacBio HiFi と Hi-C, 住血吸虫抵抗性, 齧歯類 モデル生物