シロイヌナズナとは 植物遺伝学のモデル植物とゲノム・研究用途

シロイヌナズナは、ヨーロッパ、アジア、アフリカ北西部を原産とする小型の顕花植物です。植物遺伝学のモデル生物として広く利用されている。シロイヌナズナは、キャベツやダイコンなどの栽培種を含むアブラナ科の植物である。

シロイヌナズナは、2000年にシロイヌナズナ・ゲノム・イニシアティブによって完成された、最初の植物ゲノムの解読である。シロイヌナズナゲノムの最新版は、The Arabidopsis Information Resource (TAIR)で管理されています。

27,000の遺伝子と35,000のタンパク質が何をしているのかを解明するために、多くの研究が行われている。シロイヌナズナは、花の発達や光の感知など、多くの植物の形質の分子生物学を理解するための人気の高いツールです。

基本的な性質

学名：Arabidopsis thaliana（一般にシロイヌナズナと呼ばれる）。
ゲノム規模：約135メガ塩基対（Mb）。5本の染色体（n=5、2n=10）を持つ小さなゲノムで、遺伝子数は約27,000と報告されています。
生活環：短命で、適切な条件下では種子から開花・結実まで約4〜8週間で完了します。多くの系統が自己受粉性であるため、均一な系統の維持や遺伝学的解析が容易です。

モデル生物としての利点

• 小さなゲノム：解析や操作が比較的容易で、全ゲノム配列が早期に公開された。
• 短い世代時間と多産性：短期間で世代を重ねられ、多数の世代解析や大量の系統作成が可能。
• 豊富な遺伝資源：T-DNA挿入変異体、エフェクターライン、欠失変異、自然変異系統などが世界中で蓄積されている。
• 簡便な形質評価：小型で栽培面積が小さく済むため、室内や成長室で大量に扱える。
• 遺伝学・分子生物学の手法が確立：形質の前方・逆向き解析、遺伝子発現解析、遺伝子導入（floral dip 法）などが確立している。

主要な研究用途

シロイヌナズナは多くの分野で基礎知識を提供しています。主な研究分野には次のものがあります：

• 花器官の発生と形態形成（花の発達）
• 光受容と光シグナル伝達（光周性・光形態形成）
• ホルモンシグナル伝達（オーキシン、ジベレリン、サイトカイニン、エチレン、アブシジン酸など）
• ストレス応答（塩ストレス、乾燥、低温、高温など）
• 植物免疫と病害応答（病原体認識、抵抗性遺伝子の解析）
• エピジェネティクス、転写制御、転写因子の機能解析
• 細胞生物学（細胞分裂、細胞間相互作用、葉緑体やミトコンドリアの挙動など）
• 進化と自然変異の研究（自然集団の多様性解析、1001 Genomes プロジェクト等）

実験手法とリソース

主に用いられる手法には、前方遺伝学（表現型から遺伝子へ）、逆向き遺伝学（遺伝子破壊や過剰発現による表現型解析）、遺伝子ノックアウトやノックダウン、CRISPR/Cas9によるゲノム編集、遺伝子発現解析（RT-qPCR、RNA-seq）、プロモーター活性解析（GUSや蛍光タンパク質）などがあります。
Agrobacterium媒介による形質転換（一般には“floral dip”法）が簡便で広く用いられており、遺伝子導入やプロモーター解析が容易です。

データベースとコミュニティ資源

ゲノム配列や遺伝子注釈、機能情報は主にThe Arabidopsis Information Resource (TAIR)などで管理・公開されています。その他、遺伝子発現データベース、変異体コレクション（SALK、SAIL、GABI-Kat等のT-DNAライン）、種子バンク（各国の株センター）や共同研究コミュニティが活発に運営されています。

研究上の注意点と限界

シロイヌナズナはモデルとして強力ですが、作物への直接の適用には種間差があることに注意が必要です。たとえば、樹木や大型の作物で見られる特有の形質や代謝経路はシロイヌナズナでは再現しにくい場合があります。そのため、基礎的な仕組みの理解を得た後に作物での検証が求められることが多いです。

まとめ

シロイヌナズナは、小さなゲノム、短い世代時間、豊富な遺伝資源と確立された実験手法により、植物分野における主要なモデル生物です。シロイヌナズナを用いた研究は、植物の発生、生理、環境応答、進化などの基礎的な理解を大きく前進させ、農業や生物学全般への応用にもつながっています。

質問と回答

Q:シロイヌナズナの原産地はどこですか?

Q:シロイヌナズナは植物遺伝学でどのように使われているのですか?

Q:シロイヌナズナは何科に属するのですか?

Q:カラシナ科には他にどのような種がありますか?

Q: 植物ゲノムが初めて解読されたのはいつで、どの植物ですか?

Q:シロイヌナズナのゲノムの最新版は誰が管理しているのですか?

Q:シロイヌナズナを用いてどのような植物形質が研究されているのですか?

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