アグリゲノム

Video: 誰かに魚を与え、餌を与え、魚のゲノムを解き放ち、世界に餌を与えましょう

WorldFishとEarlham Instituteは、世界的な食糧持続可能性のために、ゲノミクスを使用してティラピアを改善しています

誰かに魚を与え、餌を与え、魚のゲノムを解き放ち、世界に餌を与えましょう
WorldFish's genetically improved strain of farmed tilapia constitutes half of the world's tilapia production. Video still: Illumina
2024年3月5日
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国連は、2040年までに人類の総人口が90億人を超えると予測しています。多くの人々が持続可能な農業、特に水産養殖における進歩を要求すると答えています。John Benzie博士、Karim Gharbi博士、およびTarang Mehta博士は、最近イルミナと、開発途上国での養殖の改善を最終目的として、ゲノミクスを通じて農作物のティラピアをどのように改善しているかについて話しました。
 

WorldFish:選択的育種による優れた養殖
Benzieは、マレーシアのペナンに拠点を置くWorldFishの主任サイエンティストです。彼の組織は、飢餓、栄養失調、貧困を減らすために水生食品システムの変革に取り組んでいます。これまでで最も画期的な成果の1つは、1988年に導入されたナイルティラピアの選択的な系統である、遺伝子的に改良された養殖ティラピア、GIFTです。これは、野生品種の2倍の速さで、より大きなサイズに成長します。

ティラピアは、人参に次ぐ世界第2位の魚です。小規模農家で飼育でき、サハラ以南のアフリカ、東南アジア、南アジアの発展途上国におけるタンパク質、鉄、カリウム、その他の栄養素の重要な供給源です。Benzieは、GIFTの急速な成長は、農家がより短いシーズンでより多くの魚を栽培できることを意味すると説明しました。これにより、投資で利益を得るかどうかに大きな違いが生まれる可能性があります。

経済的にも環境的にも持続可能な小規模農作物の生産を維持することは、WorldFishの主な関心事の1つです。GIFTは、責任ある使用に合意した研究機関や国家政府がGIFTの遺伝形質を利用できるようにしており、現在では14カ国で栽培されており、世界のティラピア生産の半分を占めています。

WorldFishは、選択的育種プログラムを通じて、魚の形質を改善し続けています。このプログラムでは、主に耐病性と温度や塩分の変化に耐える能力を探しています。

Benzieは、これらのプログラムの仕組みを段階的に説明しました。毎年、旧世代の魚を取り出しています。私たちが持っている家系に基づいて計算します。家系が互いにどのように関係しているかを知っています。そして、次世代を育てるために最高の魚を使用しています。彼らは、ペアを組んで卵を培養し、新生児の魚を育てるために有望な男性と女性を選びます。“私たちは家族ごとに分けて、誰が誰で、両親が誰なのかがわかるようにしています。そして、生後3カ月でこれらの魚を釣り、個々の魚を特定できるように小さなマイクロトランスポンダーを入れます。” その後、魚は成年期に達すると大きなタンクに移され、再びプロセスが始まります。

どのペアを育てるかは、魚の遺伝情報を知っている方が、その知識を解き明かすのに最適なパートナーを見つければ、はるかに速く、より正確に決定できます。

John Benzie(左)とWorldFishの同僚たちは、飢餓、栄養失調、貧困を減らすために水生食品システムの変革に取り組んでいます。ビデオ静止画:イルミナ


アーラム研究所:仕事に適した遺伝子を見つける
Earlham Instituteは、英国ノーウィッチにあるライフサイエンス研究のハブであり、ゲノミクスを使用して生活システムの規模と複雑さを解読しています。ゲノミクスパイプラインの責任者であるKarim Gharbiは、博士号取得のために魚の遺伝子マーカーを研究しました。彼のキャリアは、Jacques Cousteauのドキュメンタリーに生涯にわたって魅了されてきました。

彼の同僚であるTarang Mehtaは、魚における遺伝子制御の基礎、特に一部の遺伝子が特定のティラピア種におけるより良い塩分適応とどのように関連しているかを理解しようとする博士研究員です。彼は、十分なゲノム情報があれば、WorldFishが塩分の変動に対する耐性を発展途上国で栽培されている種に育てることができることを望んでいます。

Earlham Instituteは、世界中の生きた魚から採取した小さなフィンからDNAサンプルを分離し、イルミナNovaSeq X Plusシステムを使用してシーケンスします。次に、生成されたデータを解析することで、望ましい形質を発現する遺伝子マーカーを同定できます。

これらの形質の中で、疾患抵抗性が最も重要である可能性があります。チラピアレイクウイルスだけでも、世界中のチラピア死亡率の最大90%を占めています。“水産養殖のような特定の農業で疾患が発症したら”、Gharbi氏は“これは農場から農場に広がり始める可能性があり、すべての感染拡大イベントは農家に損失をもたらすと述べています。農家が病気にかかりにくい魚を栽培するのを早く支援すればできるほど、失う収入も減ります。

動物のゲノムにアクセスできることは、WorldFishのような組織の運営方法を変えるブレークスルーです。以前、ブリーダーたちは、魚に対してより強い耐性を示した個人を選択するために、魚をウイルスに直接曝露する必要がありました。これで、このステップを回避し、不要な害を引き起こすことなく、より迅速に回答を得ることができます。

Earlham Instituteでは、Tarang MehtaとKarim Gharbiがゲノミクスを使用して、生活システムの規模と複雑さを解読しています。ビデオ静止画:イルミナ


NovaSeq Xシリーズ:迅速、正確、持続可能
Earlham Instituteは、英国内外の多くのユーザーが、高品質のデータを迅速かつ手頃な価格で持続可能な方法で生成することを頼りにしています。GharbiとMehtaはどちらも、その分野でNovaSeq X Seriesの強みを証明しています。

最適な条件下では、WorldFishからサンプルを受け取り、5日以内に結果を返すことができるとGharbi氏は述べました。また、同研究所の環境への影響に関する最近の評価では、NovaSeq Xシリーズの持続可能な試薬が廃棄物削減の取り組みを実証しました。

“イルミナNovaSeq Xは最先端のテクノロジーです”とMehtaは付け加えました。ゲノムシーケンス、トランスクリプトームシーケンス、エピジェネティックシーケンスに関して必要ないくつかの事柄をシーケンスするためのスピードとスケールの両方を可能にしました。マルチオミクスアプローチを採用することで、食糧安全保障の改善という使命に調査結果を適用する能力が高まります。

同研究所について話した時、Mehtaは、ゲノムレベルで行っている作業を直接、食糧の生物多様性の維持に転換することが彼にとっていかに重要であるかを繰り返し強調しました。“病気が私たちを待たず、環境が変化も私たちを待たないという急速に変化する世界では”、“スピードだけでなく、データの規模も迅速に把握することが重要。そして、これらの結果を現場に迅速に戻して、ゲノム選択育種プログラムにより良い情報を与えることが重要である”と彼は述べました。

魚が溺れることがある

It might sound counterintuitive, but fish can actually suffocate if there isn’t enough oxygen in their water. Benzie explained that many farmers in WorldFish’s areas of concern lack the means to aerate their ponds at night—when the algae present stop photosynthesizing oxygen, but the fish are still consuming it. Then, oxygen levels can fall so low overnight that the fish can drown. “Farmers, in order to avoid that effect, stock about half the amount that you would stock if you could aerate,” he said. This creates an unfortunate cycle: Less stock means lower profits, and even less chance to upgrade farm infrastructure to accommodate more fish. One piece of the solution, then, is fish that are bred to tolerate lower oxygen levels.

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