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バイオ系の用語マーカー遺伝子

【概要】

マーカー遺伝子は組換えDNAを持つ宿主細胞の同定に使われる遺伝子のことです。その遺伝子の存在が簡単に検出できたり、その形質が発現したりします。 一般に、細胞内にDNA分子を取り込ませる形質転換は必ずしも効率のいいものではありません。わずかな細胞しかDNAを取り込まないからです。その結果、形質転換に成功した細胞を膨大な量の未転換細胞から識別しなければいけません。その識別のために、形質転換された細胞だけが生き残れるような条件下で細胞を成育させたり、換えDNAの存在をテストするスクリーニングを行ったりする必要があります。このためにマーカー遺伝子が利用されるのです。

【性質】

マーカー遺伝子としてよく用いられるのは薬剤耐性遺伝子や蛍光タンパク質(GFP)、呈色反応を触媒する酵素の遺伝子です。
薬剤耐性遺伝子は、たとえばβ-ラクタマーゼをコードする遺伝子であり、多くの細菌のプラスミドベクターがマーカー遺伝子として持っています。この遺伝子はアンピシリンなどのβ-ラクタム系抗生物質の加水分解を触媒します。そのため、形質転換によりDNAを取り込み、この遺伝子を持ち、かつ発現させることができるようになった細胞はアンピシリンを含む培地上でも生育が可能となり、DNAを取り込まなかった細胞を排除して選択できるようになります。このような細胞はアンピシリン耐性(ampr)と呼ばれます。
蛍光タンパク質や呈色に関わる遺伝子は、組換えDNAを持つかどうかのスクリーニングにおいて目で見えるマーカー遺伝子として、おもに利用されます。たとえば大腸菌のlacZ遺伝子はβ-ガラクトシダーゼという酵素をコードし、この酵素はX-galの加水分解を触媒します。X-galが分解されると青色の色素を生じます。すなわちlacZを持ち、β-ガラクトシダーゼ活性のある細胞はX-gal存在下で青色の細胞となります。酵素の活性がない場合は青色にならず、多くは白色として観察されます。
lacZ遺伝子は内部に様々なクローニング用の制限部位を持っており、この部分に外来のDNAを挿入することができます。lacZ内部に外来のDNA分子が挿入された場合、この組換えDNAを持つ細胞のβ-ガラクトシダーゼ活性は抑制され、細胞の色は白色となります。このlacZ遺伝子の性質を活かしたスクリーニング方法は青白スクリーニング(青白選抜)と呼ばれよく知られています。

図. X-galを含む培地での青白スクリーニング

【活用例】

組換えDNAの選抜(薬剤耐性、蛍光、青白スクリーニングなど)

【歴史的背景】

マーカー遺伝子として利用されているGFPは、1960年代に下村脩によって発見・分離精製されました。下村はこの発見で2008年にノーベル化学賞を受賞しました。

【取扱い注意点】

組換えDNAの作成法によっては、外来のDNA分子(インサート)がベクターに取り込まれているかどうかの判別を、マーカー遺伝子ではできないことがあります。インサートが正しく挿入されていることを確かめるために、スクリーニング後の塩基配列の解析などが重要です。

【参考文献】
・ホートン生化学 第3版 P523-573

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