T4 rII システム

T4 r II システムは、遺伝子のサブ構造を研究するために1950 年代にシーモア・ベンザーによって開発された実験システムです。この実験システムは、大腸菌に感染するウイルスであるバクテリオファージ T4のさまざまな変異株の遺伝子交配に基づいています。

1950年代までにファージ遺伝学の研究者によって特定されたT4バクテリオファージの突然変異の1つはr（rapidの略）として知られており、これによりファージは細菌を通常よりも速く破壊するようになった。これらは、野生型ウイルスの特徴である小さなプラークではなく、より大きなプラークを生成するため、簡単に発見できた。遺伝子マッピングを通じて、研究者はr変異体に関連するr I、r II、およびr III遺伝子座と呼ばれるT4染色体の特定の領域を特定した。1952年、 r II変異体で実験を行っていたシーモア・ベンザーは、正常に動作しない株を発見した。 1953年、ワトソンとクリックによるDNAの構造の提案が発表された後、ベンツァーは、明らかに欠陥のあるr変異体は、それぞれr II遺伝子の一部が損なわれていない2つの異なるr II変異体の交配の結果である可能性があり、その結果、交配種はr II遺伝子の損なわれていない部分を組み合わせたため、 r表現型をまったく示さなかったという考えを思いつきました。^[1]

そこからベンツァーは、多くの独立したr変異体を生成することが可能であり、異なるr株間の組換え頻度を測定することによって、単一の遺伝子のサブ構造をマッピングできることに気付きました。rII変異体の交配ペア間で組換えが成功する確率は低いですが、1つのペトリ皿を一度に何百万もの試験の基礎にすることができます。野生型T4には感受性があるがr変異体には感受性がないK12（λ）と呼ばれる特定の大腸菌株を使用することで、簡単にスクリーニングできます。^[2]

ベンツァーのコンセプトは、各遺伝子が（ワトソンとクリックの研究で示唆されているように）核酸の分割可能な一続きではなく、染色体上の特異点として扱われる古典的な遺伝学の考え方の中ではかなり物議を醸した。当初、尊敬されるファージ遺伝学者であり、ベンツァーが所属していたいわゆるファージグループのリーダーであるマックス・デルブリュックは、ベンツァーの考えをとんでもないものだと考えた。^[3]

1954年から、ベンザーはT4 r IIシステムを使用し、数百のr変異体を作成および交配し、 r II遺伝子の構造の詳細なマップを作成しました。初期の研究で、彼はr II領域内に2つの別々でありながら非常に近い遺伝子座を特定しました。彼は、これらが異なるポリペプチドをコードするヌクレオチド配列であると示唆し、これらを「シストロン」と呼びました。^[4]

ベンザーは、 r変異体のさまざまなタイプを特定しました。いくつかは欠失として分類され、他のものは点突然変異として分類されました。欠失と点突然変異を示す多くの異なる株をさまざまな方法で交配することにより、ベンザーは各点突然変異をシストロンの 1 つのサブ領域に配置し、そのサブ領域内で点突然変異を順序付けました。ベンザーはまた、r II 研究からミスセンス変異とナンセンス変異を提案しました。T4 r II システムにより、ベンザーは 0.02% という低い組み換え頻度を特定できました。これは、一般的な遺伝学実験よりもはるかに低いものです。これは、わずか 1 つか 2 つの塩基対間の組み換えを検出することに相当します。^[5]

1950年代初頭には、染色体中の遺伝子は個別の実体のように機能し、組み換えによって分割できず、糸に通されたビーズのように配置されているという考えが一般的でした。1955年から1959年にかけて、T4 rIIシステムに欠陥のある変異体を使用したベンザーの実験では、個々の遺伝子は単純な線形構造を持ち、DNAの線形セクションと同等である可能性が高いことが示されました^{[6] [7]}（ファージグループも参照）。

ベンザーが遺伝子の微細構造を研究するためのT4 r IIシステムの威力を実証した後、他の研究者もこのシステムを利用して関連する問題を研究した。例えば、フランシス・クリックらは、ベンザーが発見した特異なr変異体の1つ（ r IIのAとBのシストロンを融合した欠失）を使用して、遺伝コードのトリプレット性を実証した。^[8]

DNAの3つの連続した塩基が各アミノ酸をコードするという原理は、1961年にバクテリオファージT4のrIIB遺伝子のフレームシフト変異を用いて実証されました^{[9] [10]}（Crick、Brennerらの実験も参照）。

カリフォルニア工科大学の著名な理論物理学者リチャード・ファインマンは、1961 年の夏に T4 rII システムに取り組み、その実験結果はエドガーらの出版物に掲載されました。^[11] これらの著者は、rII 変異体間の組換え頻度は厳密には加法的ではないことを示しました。2 つの rII 変異体の交配による組換え頻度 (axd) は、通常、隣接する内部サブ間隔 (axb) + (bxc) + (cxd) の組換え頻度の合計よりも低くなります。厳密には加法的ではありませんが、組換えの根底にある分子メカニズムを反映していると思われる体系的な関係が観察されました^{[12] (}遺伝子組換えと合成依存性鎖アニーリングを参照)。

• R ジャヤラマン。「シーモア・ベンザーと T4 rII: マップを地中に埋め尽くす」 Resonance、2008 年 10 月、898 ～ 908 ページ。
• ジョナサン・ワイナー。 時間、愛、記憶：偉大な生物学者と行動の起源の探求。クノップフ 社。ISBN 0-679-44435-1