組み換え近交系

組み換え近交系または組み換え近交系（RIL ）は、2つ以上の近交系から受け継いだ染色体間の組み換えイベントの本質的に永続的なセットを組み込んだ染色体を持つ生物です。F1世代とF2世代は近交系を交配することによって生産され、その後、F2子孫のペアが交配され、長期の近交によって近交系が確立されます。^[1]

25 から 5000 に及ぶ組み換え近交系の系統のファミリーは、モデル生物の表現型の相違に寄与するDNA 配列の相違 (量的形質遺伝子座) の位置をマッピングするためによく使用されます。組み換え近交系系統または系統は、最初はマウスの近交系系統を使用して開発されましたが、現在ではSaccharomyces cerevisiae (酵母)、Zea mays (トウモロコシ)、大麦、Drosophila melanogaster、C. elegans、ラットなど、幅広い生物の研究に使用されています。

組み換え近交系の起源と歴史はクロウによって説明されている。^[1]組み換え近交系の複雑な多遺伝子形質のマッピング解析における潜在的な有用性は当初から明らかであったが、系統数が少なかったため、非常に大きな効果を持つ量的形質（準メンデル遺伝子座）のマッピングしか実行可能ではなかった。組み換え近交系を使用する最初の動機の 1 つは、高価な遺伝子型データを蓄積して再利用できるため、マッピング研究が大幅に簡素化されるという点である。^[2]もう 1 つの要因は、これらの系統を使用して達成できるマッピングの精度が、一般的な F2 交雑子孫と比較して高いことである。^[3]

遺伝子型判定が次第に安価になり、より正確になるにつれて、組み換え近交系やその他の遺伝子参照パネルを使用する主な利点は、表現型に関する大規模で一貫性のあるデータベース ( GeneNetwork Web サービスなど) を組み立てる能力と、これらの一貫性のあるオープンソース データ セットを予測医学や動植物研究 の大規模な共同研究プロジェクトに使用できる能力に移りました。

組み換え近交系は現在、システム遺伝学や遺伝子環境相互作用の研究に広く使用されています。^{[4] [5] [6] [7]}組み換え近交系ファミリーの各メンバーについて、いくつかの異なる条件下（例：ベースライン環境とストレスの多い環境）で広範な遺伝子データと表現型データを蓄積することが可能です。各株は単一の固定ゲノムを持ち、また、複数の環境で特定の遺伝子型を複数回再サンプリングして、遺伝的および環境的影響とその相互作用の非常に正確な推定値を取得することも可能です。

組み換え近交系の染色体は、通常、親系統からそのまま受け継がれた、長さの大きく異なる交互ハプロタイプで構成されています。母系統BALB/cBy (C) と父系統C57BL/6By (B) を交配して作られた CXB 組み換え近交系と呼ばれる典型的なマウス組み換え近交系の場合、染色体には通常、BBBBBCCCCBBBCCCCCCCC などの遺伝子型を持つ2 ～ 5 個の交互ハプロタイプブロックが組み込まれます。ここで、各文字は単一の遺伝子型(例: SNP ) を表し、一連の同一遺伝子型はハプロタイプを表し、ハプロタイプ間の遷移は親ゲノム間の組み換えイベントを表します。両方の染色体 (任意の染色体ペア内) は同じハプロタイプの交互パターンを持ち、すべてのマーカーはホモ接合になります。異なる染色体 (Chr 1、Chr 2 など) はそれぞれ異なるハプロタイプと組み換えのパターンを持ちます。唯一の例外は Y 染色体とミトコンドリアゲノムで、これらはそれぞれ父系と母系の系統からそのまま受け継がれます。RI 系統をマッピングの目的に役立てるには、各染色体に沿った組み換えのおおよその位置をセンチモルガンまたは DNA 塩基対の位置で明確に定義する必要があります。これらの組み換えがマッピングされる精度は、染色体の分類に使用される遺伝子型の数と位置 (上記の例では 20) によって決まります。

他の条件が同じであれば、組み換え近交系の系統のファミリーが大きくなればなるほど、表現型を染色体の位置にマッピングする能力と解像度が高くなります。最初の 8 系統のセットである CXB ファミリーは、1960 年代にジャクソン研究所の Donald Bailey によって、メスの BALB/cBy マウス (略称 C) とオスの C57BL/6By マウスの交配から生成されました。8 つの CXB 系統の小さなパネルは、もともと、近位染色体 17 にある主要組織適合性 (MHC) 遺伝子座が組織拒絶などのさまざまな免疫反応の重要な要因であるかどうかを判断するために使用されました。組み換えの位置を決定するために使用された方法は、目に見えるマーカー (C 遺伝子座や B 遺伝子座などの毛色の表現型) とタンパク質の電気泳動移動度に依存していました。やや大きな組み換え近交系の系統のファミリーは、メンデル遺伝座やその他の主要な効果遺伝子座をマッピングするために Benjamin Taylor によって同時に生成されました。 1990 年代には、マイクロサテライト マーカーの使用によって高密度の遺伝子型が可能になったため、マッピングにおける組み換え近交系の有用性が大幅に向上しました。2005 年から 2007 年にかけて、現存するほぼすべてのマウスおよびラットの組み換え近交系が数千の SNP マーカーで組み換え型判定され、非常に正確な組み換えマップが提供されるようになりました。