農作物特異的新規マルチコピーDNAマーカーのバイオインフォマティクス的探索と応用

• 研究課題/領域番号: 20K05901
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 審査区分: 小区分38050:食品科学関連
• 研究機関: 国立医薬品食品衛生研究所
• 研究代表者: 曽我 慶介 国立医薬品食品衛生研究所, 生化学部, 主任研究官 (50746336)
• 研究分担者: 吉田 光範 国立感染症研究所, ハンセン病研究センター 感染制御部, 主任研究官 (70772630)
• 研究期間 (年度): 2020-04-01 – 2024-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2023年度)
• 配分額: 4,420千円 (直接経費: 3,400千円、間接経費: 1,020千円); 2022年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円); 2021年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円); 2020年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
• キーワード: バイオインフォマティクス / 遺伝子検査 / リアルタイムPCR / コメ / とうもろこし / マルチコピー / DNAマーカー / 食品分析 / マルチコピーDNA / 遺伝子マーカー / トウモロコシ / 加工食品 / セントロメア / リピート配列 / リボソームDNA / ITS / 検出法 / ゲノムワイド

研究開始時の研究の概要

加工食品には様々な原材料が使われているが、加工工程が複雑なほどタンパク質やDNAが分解・断片化され、その検出は困難である。そこで、本研究では、原材料に特異的でマルチコピーのDNA配列を探索し、それを標的とした加工食品中の作物単独または一斉検出法を開発することを目的とする。既知のマルチコピーDNA（リボソームRNAまたはトランスポゾン領域など）の作物種間マルチアライメントを行う手法、ゲノムワイドに新規マルチコピー配列を探索する手法をそれぞれ検討し、候補配列を列挙する。そして、リアルタイムPCRまたは次世代シーケンサー等を用いたメタバーコーディング法を開発し、加工食品への適用性を検証する。

研究成果の概要

食品表示偽装対策での微量検出や、及びDNAの断片化が進んだ加工食品や嘔吐物等から特定作物の混入を高感度で検知するには、種特異的かつマルチコピーのDNAマーカーを標的とした遺伝子検査法が有用である。
本研究では、バイオインフォマティクスを活用し、とうもろこし及びイネをモデルに高感度マーカーの開発を検討し、探索パイプラインを構築した。それぞれのマーカー候補の領域を標的とし、高感度なリアルタイムPCRを開発することに成功した。一方で、特定の作物で非特異的な増幅が完全には解消されなかったことから、検査として適用する際には今後の検討が必要である。

研究成果の学術的意義や社会的意義

本研究で開発された高感度リアルタイムPCR法を用いることで、加工食品中のとうもろこしおよびイネの混入の確認が可能と考えられる。この場合は、食品偽装食品中のアレルゲン性の確認等の検査への要用が期待できる。また、高感度かつ特異的マーカー探索パイプラインは、今回検討した作物以外の作物への応用も期待でき、食品遺伝子検査の高感度化に貢献できると考えられる。

研究成果

• [雑誌論文] 国内流通遺伝子組換えとうもろこしの実態（2021年度産）および現行法の適用性に関する調査（調査・資料，英文） (2023)
  • 著者名/発表者名: Soga K, Taguchi C, Sugino M, Egi T, Narushima J, Yoshiba S, Takabatake R, Kondo K, Shibata N
  • 雑誌名: 食品衛生学雑誌 巻: 64 号: 6 ページ: 218-225
  • DOI: 10.3358/shokueishi.64.218
  • ISSN: 0015-6426, 1882-1006
  • 年月日: 2023-12-25
  • 査読あり
• [雑誌論文] Simple and quick detection of extended-spectrum <i>β</i>-lactamase and carbapenemase-encoding genes using isothermal nucleic acid amplification techniques (2023)
  • 著者名/発表者名: NAKAYAMA TATSUYA、SOGA KEISUKE
  • 雑誌名: Journal of Microorganism Control 巻: 28 号: 4 ページ: 145-152
  • DOI: 10.4265/jmc.28.4_145
  • ISSN: 2758-6383, 2758-6391
• [雑誌論文] Providing appropriate information to consumers boosts the acceptability of genome-edited foods in Japan (2023)
  • 著者名/発表者名: Taguchi Chie、Shibata Norihito、Soga Keisuke、Yoshiba Satoko、Narushima Jumpei、Sugino Miyu、Kondo Kazunari
  • 雑誌名: GM Crops &amp; Food 巻: 14 号: 1 ページ: 1-14
  • DOI: 10.1080/21645698.2023.2239539
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Evaluation of Conversion Factor for Rapid Quantification of Authorized Genetically Modified Maize and Soybean in Japan (2022)
  • 著者名/発表者名: Shibata Norihito、Soga Keisuke、Sugino Miyu、Narushima Jumpei、Yoshiba Satoko、Egi Tomohiro、Takabatake Reona、Kondo Kazunari
  • 雑誌名: BPB Reports 巻: 5 号: 5 ページ: 115-120
  • DOI: 10.1248/bpbreports.5.5_115
  • ISSN: 2434-432X
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Unbiased prediction of off‐target sites in genome‐edited rice using <scp>SITE‐Seq</scp> analysis on a web‐based platform (2022)
  • 著者名/発表者名: Narushima Jumpei、Kimata Shinya、Shiwa Yuh、Gondo Takahiro、Akimoto Satoshi、Soga Keisuke、Yoshiba Satoko、Nakamura Kosuke、Shibata Norihito、Kondo Kazunari
  • 雑誌名: Genes to Cells 巻: 27 号: 12 ページ: 706-718
  • DOI: 10.1111/gtc.12985
  • 査読あり
• [雑誌論文] Development and Validation of a New Robust Detection Method for Low-Content DNA Using ΔΔCq-Based Real-Time PCR with Optimized Standard Plasmids as a Control Sample (2022)
  • 著者名/発表者名: Soga Keisuke、Nakamura Kosuke、Egi Tomohiro、Narushima Jumpei、Yoshiba Satoko、Kishine Masahiro、Mano Junichi、Kitta Kazumi、Takabatake Reona、Shibata Norihito、Kondo Kazunari
  • 雑誌名: Analytical Chemistry 巻: 94 号: 41 ページ: 14475-14483
  • DOI: 10.1021/acs.analchem.2c03680
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Development and Interlaboratory Validation of a Novel Reproducible Qualitative Method for GM Soybeans Using Comparative Cq-Based Analysis for the Revised Non-GMO Labeling System in Japan (2022)
  • 著者名/発表者名: Takabatake Reona、Egi Tomohiro、Soga Keisuke、Narushima Jumpei、Yoshiba Satoko、Shibata Norihito、Nakamura Kosuke、Kondo Kazunari、Kishine Masahiro、Mano Junichi、Kitta Kazumi
  • 雑誌名: Analytical Chemistry 巻: 94 号: 39 ページ: 13447-13454
  • DOI: 10.1021/acs.analchem.2c02447
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Strategy for detecting off-target sites in genome-edited rice (2021)
  • 著者名/発表者名: Jumpei Narushima, Shinya Kimata, Yuh Shiwa, Takahiro Gondo, Satoru Akimoto, Keisuke Soga, Satoko Yoshiba, Kosuke Nakamura, Norihito Shibata, Kazunari Kondo
  • 雑誌名: bioRxiv 巻: 5/29 ページ: 1-26
  • DOI: 10.1101/2021.05.28.446070
  • オープンアクセス
• [雑誌論文] Development and Testing of an Individual Kernel Detection System for Genetically Modified Soybean Events in Non-identity-preserved Soybean Samples (2020)
  • 著者名/発表者名: Soga Keisuke、Kimata Shinya、Narushima Jumpei、Sato Sakiko、Sato Emi、Mano Junichi、Takabatake Reona、Kitta Kazumi、Kawakami Hiroshi、Akiyama Hiroshi、Kondo Kazunari、Nakamura Kosuke
  • 雑誌名: Ｂｉｏｌｏｇｉｃａｌ ＆ Ｐｈａｒｍａｃｅｕｔｉｃａｌ Ｂｕｌｌｅｔｉｎ 巻: 43 号: 8 ページ: 1259-1266
  • DOI: 10.1248/bpb.b20-00382
  • NAID: 130007883796
  • ISSN: 0918-6158, 1347-5215
  • 年月日: 2020-08-01
  • 査読あり
• [雑誌論文] Evaluation of Conversion Factors for Genetically Modified Maize Quantification (2020)
  • 著者名/発表者名: Takabatake Reona、Onishi Mari、Mano Junichi、Kishine Masahiro、Soga Keisuke、Nakamura Kosuke、Kondo Kazunari、Kitta Kazumi
  • 雑誌名: Food Hygiene and Safety Science (Shokuhin Eiseigaku Zasshi) 巻: 61 号: 6 ページ: 235-238
  • DOI: 10.3358/shokueishi.61.235
  • NAID: 130007960250
  • 査読あり
• [雑誌論文] Development of a Novel Detection Method Targeting an Ultrashort 25 bp Sequence Found in Agrobacterium-Mediated Transformed GM Plants (2020)
  • 著者名/発表者名: Takabatake Reona、Onishi Mari、Minegishi Yasutaka、Futo Satoshi、Soga Keisuke、Nakamura Kosuke、Kondo Kazunari、Mano Junichi、Kitta Kazumi
  • 雑誌名: Journal of Agricultural and Food Chemistry 巻: 68 号: 51 ページ: 15327-15334
  • DOI: 10.1021/acs.jafc.0c03864
  • 査読あり
• [学会発表] For the development of a PCR primer design pipeline for detection of contamination in foods. (2023)
  • 著者名/発表者名: Yoritaka Harazono, Keisuke Soga, Masahiro Kasahara.
  • 学会等名: Genome Informatics
  • 国際学会
• [学会発表] Development and validation of a new robust qualitative method for GM maize using comparative Cq-based real-time PCR for the revised non-GM labeling system in Japan. (2023)
  • 著者名/発表者名: Soga, K., Egi, T., Narushima, J., Yoshiba, S., Kishine, M., Mano, J., Kitta, K., Takabatake, R., Adachi, R., Nakamura, K., Kondo, K., Shibata, N.
  • 学会等名: AOAC 137th Annual Meeting and Exposition
  • 国際学会
• [学会発表] バイオインフォマティクスツールを活用した種特異的遺伝子配列探索法の開発 (2023)
  • 著者名/発表者名: 杉野御祐、成島純平、曽我慶介、吉場聡子、田口千恵、安達玲子、柴田識人
  • 学会等名: 第46回日本分子生物学会
• [学会発表] 遺伝子検査法における種特異的遺伝子探索のためのバイオインフォマティクスの活用 (2023)
  • 著者名/発表者名: 杉野御祐、成島純平、曽我慶介、吉場聡子、田口千恵、安達玲子、柴田識人
  • 学会等名: 第９回次世代を担う若手のためのレギュラトリーサイエンスフォーラム
• [学会発表] 遺伝子組換えとうもろこし系統の国内流通実態調査（2021年度産） (2023)
  • 著者名/発表者名: 曽我慶介、田口千恵、杉野御祐、江木智宏、成島純平、吉場聡子、高畠令王奈、安達玲子、近藤一成、柴田識人
  • 学会等名: 日本食品衛生学会第119回学術講演会
• [学会発表] Cas9 targeted long-read sequencingによる食品中の外来性遺伝子配列の同定 (2023)
  • 著者名/発表者名: 成島純平、吉場聡子、細川葵、曽我慶介、杉野御佑、田口千恵、安達玲子、近藤一成、柴田識人
  • 学会等名: 第46回日本分子生物学会
• [学会発表] ダイズ穀粒における遺伝子組換え農産物混入の判定に係る検査法（ΔΔCq法）の開発と妥当性確認 (2023)
  • 著者名/発表者名: 高畠令王奈、江木智宏、曽我慶介、峯岸恭孝、大西真理、成島純平、吉場聡子、柴田識人、中村公亮、近藤一成、岸根雅宏、真野潤一、橘田和美
  • 学会等名: 日本食品化学会第29回総会・学術大会
• [学会発表] ゲノム編集イネにおけるin vitroオフターゲット予測法SITE-Seqを用いたオフターゲット予測性能の評価 (2023)
  • 著者名/発表者名: 成島純平, 杉野御祐, 曽我慶介, 吉場聡子, 近藤一成, 柴田識人
  • 学会等名: 日本ゲノム編集学会第7回大会
• [学会発表] 改正食品表示基準に対応した遺伝子組換えとうもろこし混入の判定に係る定性PCR検査法の開発 (2021)
  • 著者名/発表者名: 曽我慶介, 中村公亮, 成島純平, 吉場聡子, 木俣真弥, 江木智宏, 岸根雅宏, 真野潤一, 橘田和美, 高畠令王奈, 柴田識人, 近藤一成
  • 学会等名: 日本食品衛生学会第117会学術講演会
• [学会発表] 改正食品表示基準に対応した遺伝子組換えダイズ混入の判定に係る定性PCR検査法の開発 (2021)
  • 著者名/発表者名: 高畠令王奈, 江木智宏, 曽我慶介, 峯岸恭孝, 成島純平, 吉場聡子, 柴田識人, 中村公亮, 近藤一成, 岸根雅宏, 真野潤一, 橘田和美
  • 学会等名: 日本食品衛生学会第117会学術講演会
• [学会発表] ゲノム編集作物におけるオフターゲット予測法の検討 (2021)
  • 著者名/発表者名: 成島純平, 木俣真弥, 志波優, 権藤崇裕, 秋元智, 曽我慶介, 吉場聡子, 中村公亮, 柴田識人, 近藤一成
  • 学会等名: 第44回日本分子生物学会年会
• [学会発表] 全ゲノム配列を用いた遺伝子変異検出におけるツール間比較 (2020)
  • 著者名/発表者名: 曽我慶介、成島純平、吉場聡子、柴田識人、近藤一成
  • 学会等名: 日本薬学会
• [学会発表] ナノポアシーケンス技術を用いた致死性有毒キノコAmanita virosaのゲノムアセンブリの検討 (2020)
  • 著者名/発表者名: 曽我慶介、吉田光範、坂田こずえ、近藤一成
  • 学会等名: 日本分子生物学会