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JP4677602B2 - Method for recovering microregions of chromosomes - Google Patents
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JP4677602B2 - Method for recovering microregions of chromosomes - Google Patents

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Description

本発明は、染色体の微小領域を回収する方法に関し、詳しくは、染色体の微小領域を、原子間力顕微鏡(AFM)を用いて精度良く効率的に回収する方法に関する。
また、本発明は、上記方法により回収された染色体の微小領域に含まれる構成物質としてのDNAを利用して染色体の塩基配列決定及び物理地図作成を行なう方法に関する。
The present invention relates to a method for recovering a chromosomal microregion, and more particularly, to a method for recovering a chromosomal microregion accurately and efficiently using an atomic force microscope (AFM).
The present invention also relates to a method for determining the base sequence of a chromosome and creating a physical map using DNA as a constituent substance contained in a microregion of the chromosome collected by the above method.

従来のゲノム解析技術においては、解析対象生物から全ゲノムDNAを抽出し、数kbから数十kbの大きさに一旦断片化した後、適切なシーケンス用ベクターにクローニングした後、各クローンの塩基配列を決定し、これにより得られた比較的短い塩基配列(通常数百塩基)を解析し、末端の相同な部分を繋ぎ合わせて染色体全体の塩基配列を復元する手法がとられていた。
しかしながら、特に真核生物ではゲノム上に類似した配列や繰り返し配列が多く含まれ、クローンの塩基配列情報のみから全配列を復元することは不可能であり、多くの場合、数Mbの長さのコンティグ(前記クローンを末端塩基配列の相同性や制限酵素切断パターンに基づいて整列させたもの)を作成するのが限度であった。
In the conventional genome analysis technology, the whole genome DNA is extracted from the organism to be analyzed, once fragmented to a size of several kb to several tens of kb, cloned into an appropriate sequencing vector, and then the base sequence of each clone And analyzing the relatively short base sequence (usually several hundred bases) thus obtained, and joining the homologous ends at the ends to restore the base sequence of the entire chromosome.
However, especially in eukaryotes, there are many similar sequences and repeated sequences on the genome, and it is impossible to restore the entire sequence only from the base sequence information of the clone. In many cases, the length is several Mb. The limit was to create contigs (the clones aligned based on the homology of the terminal nucleotide sequences and the restriction enzyme cleavage pattern).

そこで、通常の場合は過去の研究により得られた遺伝子地図や物理地図のデータを使用することによりコンティグの染色体上の位置を決定しているが、地図作製を含めた全作業には非常な長期間と膨大な労力、予算が必要であった。
また、場合によっては、例えば有用遺伝子や病因遺伝子の単離や同定などを目的として、対象となる染色体の一部分のみの塩基配列や物理地図が必要とされることがあるが、従来の方法では、原理上、特定の場所のみの塩基配列を得ることは困難で、かなり多量の塩基配列解析を行なうか、遺伝子地図や物理地図のデータを利用する必要があり、やはり相当な期間、労力、予算が必要であった。
Therefore, the position of the contig on the chromosome is usually determined by using genetic map and physical map data obtained from past research, but it is very long for all operations including mapping. The period, enormous effort and budget were required.
In some cases, for example, for the purpose of isolating and identifying useful genes and pathogenic genes, a base sequence or physical map of only a part of the target chromosome may be required. In principle, it is difficult to obtain a base sequence only at a specific location, and it is necessary to perform a considerable amount of base sequence analysis or use data of a genetic map or physical map. It was necessary.

このような問題が生じる原因は、一度に解読できるDNAの長さが数百塩基に限られ、最初に全ゲノムを小さく断片化せざるを得ず、その時点で各断片(クローン)の位置情報が失われてしまうためである。この問題は、染色体の目的とする部分をナノレベルで位置決めし、その部分を微小領域に分割して確実に回収し、各微小領域中のDNAを抽出もしくは増幅することができれば解決可能である。このようにして得られたDNAは、由来する染色体上の位置が既知であるため、上記のような復元の問題は生じず、染色体の対象とする部分の塩基配列の復元や物理地図作成を容易に行なうことができる。   The cause of this problem is that the length of DNA that can be decoded at a time is limited to a few hundred bases, and the entire genome must first be fragmented into small pieces. At that time, the position information of each fragment (clone) Because it will be lost. This problem can be solved if the target portion of the chromosome is positioned at the nano level, the portion is divided into minute regions and reliably recovered, and the DNA in each minute region can be extracted or amplified. Since the DNA thus obtained has a known position on the chromosome, the above-mentioned restoration problem does not occur, and it is easy to restore the base sequence of the target portion of the chromosome and to create a physical map. Can be done.

そのため、これまでに染色体の微小領域を回収することを目的に、ガラスキャピラリーによる回収(非特許文献1)、レーザーによって対象領域の周囲を焼き切ることによる目的部分の回収(レーザーダイゼクション:非特許文献2、特許文献1及び特許文献2)、原子間力顕微鏡(AFM)による回収(非特許文献3〜非特許文献5)、等の技術が開発されている。   Therefore, for the purpose of recovering the microscopic region of the chromosome so far, recovery with a glass capillary (Non-patent Document 1), recovery of the target part by burning around the target region with a laser (Laser Digestion: Non-patent) Techniques such as Document 2, Patent Document 1 and Patent Document 2) and recovery by an atomic force microscope (AFM) (Non-Patent Document 3 to Non-Patent Document 5) have been developed.

しかし、キャピラリーによる切断回収においては、キャピラリーのサイズが大きいため、マイクロメートル以上の大きさの断片しか回収できず、微小断片の回収は困難であり、また、位置決めの精度にも問題がある。
また、レーザーダイゼクションにおいては、レーザーをマイクロメートル以下に収束させることが困難で精度に問題がある上、周囲を焼き切ってしまうため連続的な回収が不可能である。
However, in the cutting and collecting with a capillary, since the size of the capillary is large, only a fragment having a size of micrometer or more can be collected, so that it is difficult to collect a minute fragment, and there is a problem in positioning accuracy.
Further, in laser injection, it is difficult to focus the laser to a micrometer or less, and there is a problem in accuracy, and the surroundings are burned out, so that continuous collection is impossible.

一方、AFMによる染色体の切断、微小領域の回収方法においては、染色体の切断対象領域上で探針を往復走査しながら徐々に押し下げ、最終的には探針を基板面まで押し下げて切断を行なう。この方法によれば、キャピラリーやレーザーによる回収方法に比べて、精度や回収領域のサイズは改善される。
しかし、従来のAFMによる切断回収法では、切断された染色体の構成物質の大部分が基板上に残り、回収率が著しく低いという問題点があった。また、AFMにより、隣接した断片を回収しようとしても、2つの領域の境界線上の染色体構成物質を完全に掻き取れずに残片が残ってしまう。
従って、AFMによる技術を利用して連続的な切断に成功した例は、現在まで報告されていない。さらに、AFMによる回収操作後、染色体の構成物質が実際に回収されていることを直接的に検証した例もない。
On the other hand, in the method of chromosomal cutting and microregion recovery by AFM, the probe is gradually pushed down while reciprocally scanning the chromosomal cutting target region, and finally the probe is pushed down to the substrate surface for cutting. According to this method, the accuracy and the size of the collection area are improved as compared with the collection method using a capillary or a laser.
However, the conventional AFM digestion and recovery method has a problem in that most of the cleaved chromosome constituents remain on the substrate and the recovery rate is extremely low. Further, even if it is attempted to collect adjacent fragments by AFM, the chromosomal constituent material on the boundary line between the two regions is not completely scraped off, and a residue remains.
Therefore, no example of successful continuous cutting using the AFM technique has been reported so far. Furthermore, there is no example that directly verifies that the constituents of the chromosome are actually recovered after the recovery operation by AFM.

H.-J.Ludecke,G.Senger,U.Claussen,B.Horsthemke,Nature,338,348(1989)H. -J. Ludecke, G. Senger, U. Claussen, B. Horsthemke, Nature, 338, 348 (1989) 秦野 伸二(S.Hadano),池田 穣衛(Joh-E.Ikeda),組織培養,22,55(1996)Shinji Sugano (S. Hadano), Joh-E. Ikeda, Tissue Culture, 22, 55 (1996) C.Mosher,D.Jondle,L.Ambrosio,J.Vesenka,E.Henderson,Scanning Microsc.,8,491(1994)C. Mosher, D.C. Jondle, L. Ambrosio, J.A. Vesenka, E.M. Henderson, Scanning Microsc. , 8, 491 (1994) S.Thalhammer,R.W.Stark,S.Muullere,J.Wienberg,W.M.Heckl,J.Struct.Biol.,119,232(1997)S. Thalhammer, R.A. W. Stark, S. Muullere, J.A. Wienberg, W. M. Heckl, J.A. Struct. Biol. , 119, 232 (1997) S.Iwabuchi,T.Mori,K.Ogawa,K.Sato,M.Saito,Y.Morita,T.Ushiki,E.Tamiya,Arch.Histol.Cytol.,65,473(2002)S. Iwabuchi, T. Mori, K. Ogawa, K .; Sato, M .; Saito, Y. Morita, T. Ushiki, E .; Tamiya, Arch. Histol. Cytol. , 65, 473 (2002) 特開平11−148887号公報JP-A-11-148887 特開2002−202229号公報JP 2002-202229 A

上記のように、染色体の微小領域を切断して回収しようという試みはいくつか行なわれているが、いずれも完全な技術ではなく、マイクロメートル以下の微小領域を連続して余さず回収可能な方法は現時点で存在しない。
そこで、本発明は、染色体の構成物質を含む微小領域を効率的に回収し、複数の隣接する微小領域の連続回収も精度良く行なうことのできる方法を提供することを目的とする。
また、本発明は、回収された染色体の微小領域を基に、染色体の全てまたは任意の箇所の塩基配列を正確かつ簡便に解読する方法および物理地図を作成する方法を提供することをも目的とする。
As mentioned above, several attempts have been made to cut and recover chromosomal microregions, but none of them are perfect technologies, and it is possible to recover microregions below a micrometer continuously. There is no method at this time.
Therefore, an object of the present invention is to provide a method capable of efficiently recovering a microregion containing a chromosomal constituent substance and accurately recovering a plurality of adjacent microregions.
Another object of the present invention is to provide a method for accurately and simply decoding the base sequence of all or any part of the chromosome and a method for creating a physical map based on the collected microregions of the chromosome. To do.

本発明者らは、上記目的を達成するために鋭意検討を重ねた結果、AFMの探針を利用して特定の手順で回収操作を行なうことにより、微小領域の回収を効率良く行なうことができ、しかも連続回収も実現できることを見出した。また、回収された染色体の微小領域からは、その構成物質であるDNA等を抽出することが可能であり、塩基配列の解読や物理地図の作成に利用可能であることも見出した。
本発明は、係る知見に基くものである。
As a result of intensive studies to achieve the above object, the present inventors can efficiently collect a micro area by performing a collection operation in a specific procedure using an AFM probe. In addition, it has been found that continuous recovery can also be realized. It was also found that DNA and the like, which are constituent materials, can be extracted from the collected microscopic region of the chromosome, and can be used for decoding base sequences and creating physical maps.
The present invention is based on such knowledge.

請求項1記載の本発明は、染色体の微小領域を原子間力顕微鏡(AFM)を用いて回収するにあたり、AFMの探針を染色体が固定されている基板方向に押しつけながら移動させて、回収の対象である染色体中の構成物質を含む微小領域を前記探針に付着させた後、前記探針を前記基板から引き離すことにより、染色体の構成物質を含む微小領域を回収することを特徴とする染色体の微小領域を回収する方法であって、
AFMの探針を基板方向に押しつける力の大きさが、1μN以上50μN以下であり、かつ、探針の移動速度が毎秒0.1μm以上10μm以下であり、
染色体の全てまたは任意の部分を構成する複数の微小領域のうち、染色体または任意の部分の末端に位置する第一の微小領域の回収操作を行ない、続いて、前記第一の微小領域から10nm以上5μm以下の間隔をおいた第二の微小領域について第一の微小領域の回収操作における探針の移動方向と平行に探針を移動させる回収操作を行ない、以下順次同様の回収操作を染色体または任意の部分の他の末端に位置する微小領域まで繰り返した後、第一の微小領域と第二の微小領域の中間に存在する微小領域について回収操作を行ない、以降順次同様の回収操作をすべての微小領域が回収できるまで繰り返すことにより、染色体の全て又は任意の部分を連続する複数の微小領域に分割して回収する方法である。
請求項2記載の本発明は、回収操作を、溶液中で行なうことを特徴とする請求項1に記載の染色体の微小領域を回収する方法である。
請求項3記載の本発明は、回収操作に用いる溶液が、水、生理緩衝液、エタノール、メタノール、又は界面活性剤を含有する水溶液である請求項2記載の染色体の微小領域を回収する方法である。

In the present invention according to claim 1, in collecting a microscopic region of a chromosome using an atomic force microscope (AFM), the AFM probe is moved while being pressed toward the substrate on which the chromosome is fixed. Chromosome characterized in that after attaching a microregion containing a constituent substance in a target chromosome to the probe, the microregion containing the constituent substance of the chromosome is recovered by pulling the probe away from the substrate. A method for recovering a minute region of
The magnitude of the force pressing the AFM probe toward the substrate is 1 μN or more and 50 μN or less, and the moving speed of the probe is 0.1 μm or more and 10 μm or less per second,
Of the plurality of microregions constituting all or any part of the chromosome, the first microregion located at the end of the chromosome or any portion is recovered, and subsequently 10 nm or more from the first microregion. For the second micro area with an interval of 5 μm or less, a recovery operation is performed in which the probe is moved in parallel with the moving direction of the probe in the recovery operation of the first micro area. After repeating up to the minute region located at the other end of the part, the collection operation is performed for the minute region existing between the first minute region and the second minute region, and thereafter the same collection operation is sequentially performed for all the minute regions. By repeating until the region can be recovered, all or an arbitrary part of the chromosome is divided into a plurality of continuous microregions and recovered.
The present invention described in claim 2 is the method for recovering a chromosomal microregion according to claim 1, wherein the recovery operation is performed in a solution.
The present invention according to claim 3 is a method for recovering a chromosomal microregion according to claim 2, wherein the solution used for the recovery operation is water, physiological buffer, ethanol, methanol, or an aqueous solution containing a surfactant. is there.

請求項記載の本発明は、探針の移動を、染色体の長軸に対して60度〜120度の角度をなす方向に染色体の全幅に対して行なう請求項1〜のいずれかに記載の染色体の微小領域を回収する方法である。
請求項5記載の本発明は、一回の回収操作ごとに染色体上の回収位置を記録し、各回収操作において探針に付着した微小領域を探針から取り外すか、或いは探針ごとAFMから取り外して、当該微小領域の染色体上における回収位置に従い、染色体上の位置情報付き微小領域として回収保存することを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の染色体の微小領域を回収する方法である。
請求項記載の本発明は、請求項記載の方法により回収保存される染色体上の位置情報付き微小領域に含まれるDNAを抽出または増幅した後、その塩基配列を決定し、得られる塩基配列をそれぞれの位置情報にしたがって順次連結することにより、染色体の全てまたは任意の部分の塩基配列を決定することを特徴とする染色体の塩基配列解読法である。
請求項記載の本発明は、請求項記載の方法により回収保存される染色体上の位置情報付き微小領域に含まれるDNAを抽出または増幅した後、その塩基配列の一部を決定し、全ゲノムDNAを断片化してベクターにクローニングして作成したゲノムDNAライブラリーに含まれるクローンの中から、前記微小領域の塩基配列と相同な配列を含むクローンを選別し、前記微小領域の位置情報に基づいて前記選別したクローンを整列させることを特徴とする染色体の物理地図作成法である。
請求項記載の本発明は、染色体が、レプトテン期、ザイゴテン期、パキテン期、及びディプロテン期のいずれかの時期の染色体であることを特徴とする請求項記載の染色体の塩基配列解読法である。
請求項記載の本発明は、染色体が、レプトテン期、ザイゴテン期、パキテン期、及びディプロテン期のいずれかの時期の染色体であることを特徴とする請求項記載の染色体の物理地図作成法である。
According to a fourth aspect of the invention, according to the movement of the probe, one of claims 1 to 3 performed on the entire width of the chromosomes in the direction forming an angle of 60 degrees to 120 degrees to the long axis of the chromosome This is a method for recovering the microregion of the chromosome .
The present invention according to claim 5 records the collection position on the chromosome for each collection operation, and removes the micro area attached to the probe in each collection operation from the probe or removes the probe from the AFM. The method for recovering a microregion of a chromosome according to any one of claims 1 to 4, wherein the microregion is recovered and stored as a microregion with positional information on a chromosome according to the recovery position on the chromosome of the microregion. is there.
The present invention according to claim 6 is the base sequence obtained by extracting or amplifying DNA contained in a microregion with positional information on a chromosome recovered and stored by the method according to claim 5, and then determining the base sequence. Is a chromosomal base sequence decoding method characterized in that the base sequences of all or any part of the chromosome are determined by sequentially linking the sequences according to the position information.
In the present invention described in claim 7 , after extracting or amplifying DNA contained in a microregion with positional information on a chromosome recovered and stored by the method of claim 5, a part of the base sequence is determined, Based on the positional information of the micro region, a clone containing a sequence homologous to the base sequence of the micro region is selected from clones included in the genomic DNA library prepared by fragmenting genomic DNA and cloning into a vector. A method of preparing a physical map of chromosomes, wherein the selected clones are aligned.
The present invention according to claim 8 is the method for chromosomal sequencing of a chromosome according to claim 6 , characterized in that the chromosome is a chromosome at any one of the period of leptotene, zygotene, pakiten, and diproten. is there.
The present invention according to claim 9 is the method for preparing a physical map of chromosomes according to claim 7 , wherein the chromosome is a chromosome at any one of the leptotene phase, the zygoten phase, the pakiten phase, and the diproten phase. is there.

本発明によれば、染色体の微小領域を効率的に回収することができ、複数の隣接する微小領域の連続回収も精度良く行なうことができる。
また、染色体の全てないし着目した部分を微小領域に分割し、位置情報付き微小領域として連続して回収すれば、染色体の塩基配列解読や物理地図作成の効率を従来の手法に比べ飛躍的に向上させることが可能である。
According to the present invention, a minute region of a chromosome can be efficiently collected, and a continuous collection of a plurality of adjacent minute regions can be performed with high accuracy.
In addition, if the whole or part of the chromosome is divided into minute areas and collected continuously as minute areas with location information, the efficiency of chromosomal sequencing and physical mapping can be dramatically improved compared to conventional methods. It is possible to make it.

以下、本発明の実施の形態を説明する。
本発明の染色体の構成物質を含む微小領域を回収する方法は、請求項1に記載するように、染色体の微小領域を原子間力顕微鏡(AFM)を用いて回収するにあたり、AFMの探針を染色体が固定されている基板方向に押しつけながら移動させて、回収の対象である染色体中の構成物質を含む微小領域を前記探針に付着させた後、前記探針を前記基板から引き離すことにより、染色体の構成物質を含む微小領域を回収することを特徴とする。
Embodiments of the present invention will be described below.
According to the method for recovering a microregion containing a chromosomal component of the present invention, an AFM probe is used to recover the microregion of a chromosome using an atomic force microscope (AFM). By moving while pressing toward the substrate to which the chromosome is fixed, attaching a microregion containing the constituent material in the chromosome to be collected to the probe, by pulling the probe away from the substrate, It is characterized in that a microregion containing a chromosomal component is collected.

本発明の方法において、回収の対象である染色体の構成物質とは、染色体を構成する物質を意味し、DNA等の核酸、タンパク質などを意味する。
また、微小領域とは、回収したい染色体の構成物質が存在する染色体の任意の箇所(小さな一部分)を意味する。微小領域のサイズや位置は、特に限定する必要はなく、回収したいと欲する者の意図に従って自由に設定して良い。
原子間力顕微鏡(AFM)とは、カンチレバーの先に探針を備え、該探針と、基板上に載置された試料の表面間に働く原子間力を検出し、表面凹凸を描き出す走査型プローブ顕微鏡の一種であり、本発明においては、どのようなものでも用いることができる。探針のサイズ、種類、材質等は、回収の対象である微小領域の幅に応じて選択することができる。
In the method of the present invention, the constituent material of the chromosome to be recovered means a material constituting the chromosome, and means a nucleic acid such as DNA, a protein, or the like.
Further, the micro area means an arbitrary part (small part) of the chromosome where the constituent material of the chromosome to be collected exists. The size and position of the minute region need not be particularly limited, and may be freely set according to the intention of a person who desires to collect the minute region.
An atomic force microscope (AFM) is a scanning type that includes a probe at the tip of a cantilever, detects an atomic force acting between the probe and the surface of a sample placed on a substrate, and draws surface irregularities. Any type of probe microscope can be used in the present invention. The size, type, material, and the like of the probe can be selected according to the width of the micro area to be collected.

図1は、本発明の方法における回収操作の原理を示したものである。
本発明の方法における回収操作は、探針11に下向きの力(染色体が固定されている基板12方向に押しつける力)を加えながら、回収の対象である染色体13を縦断又は横断するように1回だけ図1の左向き矢印方向に動かし、移動直後に基板から引きはなす。ここで、引きはなすとは、基板の水平面に対し上向き(図1の上向き矢印方向)に引き上げることを意味し、基板の水平面に対し多少斜め向きであっても良く、必ずしも直角である必要はない。
このような回収操作を行なった結果、探針に付着した染色体の微小領域14を探針11から外して、或いは探針から剥離させずに付着させたまま回収保存することができる。
従って、従来のAFMによる染色体の切断、微小領域の回収技術(図5参照)が、探針の往復走査や段階的な押し下げを行なうものであるのとは相違する。
FIG. 1 shows the principle of the recovery operation in the method of the present invention.
The collection operation in the method of the present invention is performed once so as to traverse or traverse the chromosome 13 to be collected while applying a downward force to the probe 11 (force to press toward the substrate 12 to which the chromosome is fixed). It is moved only in the direction of the left arrow in FIG. 1 and pulled off from the substrate immediately after the movement. Here, pulling means pulling upward with respect to the horizontal plane of the substrate (in the upward arrow direction in FIG. 1), and may be slightly inclined with respect to the horizontal plane of the substrate, and does not necessarily have to be at right angles. .
As a result of such a recovery operation, the microscopic region 14 of the chromosome attached to the probe can be removed and stored without being detached from the probe 11 or detached from the probe.
Therefore, the conventional chromosome cutting and microregion recovery technique (see FIG. 5) by AFM is different from the one in which the probe is reciprocated and stepped down.

ここで、回収操作は、請求項に記載するように、AFMの探針を基板方向に押しつける力の大きさを、10pN以上1000μN以下、好ましくは1μN〜50μNとし、かつ、探針の移動速度、すなわち染色体の微小領域における移動(図1の左向き矢印方向への移動)の際の速度は、毎秒1nm以上300μm以下、好ましくは毎秒0.1μm〜10μmとすることが好ましい。
Here, the recovery operation, as described in claim 1, the magnitude of the force pressing the probe of the AFM in the substrate direction, 10 pN or more 1000μN less, preferably a 1Myuenu~50myuN, and the moving speed of the probe That is, the speed at the time of movement in the minute region of the chromosome (movement in the direction of the left arrow in FIG. 1) is preferably 1 nm to 300 μm per second, preferably 0.1 μm to 10 μm per second.

また、回収操作は、大気中で行なっても良いが、請求項に記載するように、溶液中で行なっても良い。後述するように、サイズの大きい染色体の微小領域を連続回収する場合は、特に溶液中で行なうことが好ましい。溶液中で回収操作を行なう場合の溶液としては、水、緩衝液、油、アルコール、有機溶媒全般等を挙げることができるが、このうち特に、請求項に記載するように、水、生理緩衝液、エタノール、メタノール、又は界面活性剤を含有する水溶液を用いることができる。
生理緩衝液としては、リン酸緩衝液、トリス緩衝液、炭酸緩衝液、グッド緩衝液などを挙げることができる。また、界面活性剤しては、非イオン性、陽イオン性、陰イオン性、両イオン性界面活性剤等いずれも利用することができ、代表的なものとしては、SDS、トリトンX−100、Tween20などを挙げることができる。水溶液中の界面活性剤の含有割合は、0.1〜10%とすることが好ましい。
The recovery operation may be performed in the atmosphere, but may be performed in a solution as described in claim 2 . As will be described later, when continuously recovering a small region of a large chromosome, it is particularly preferable to carry out in a solution. Examples of the solution for performing the recovery operation in the solution include water, buffer solution, oil, alcohol, and general organic solvents. Among these, in particular, as described in claim 3 , water, physiological buffer Liquid, ethanol, methanol, or an aqueous solution containing a surfactant can be used.
Examples of the physiological buffer include phosphate buffer, Tris buffer, carbonate buffer, and Good buffer. In addition, as the surfactant, any of nonionic, cationic, anionic, amphoteric surfactants, and the like can be used. Typical examples include SDS, Triton X-100, Tween 20 can be mentioned. The content ratio of the surfactant in the aqueous solution is preferably 0.1 to 10%.

更に、探針の染色体の微小領域における移動方向は(図1の例では横向き矢印)、適宜調整することができる。一般には、請求項に記載するように、染色体の長軸に対して60度〜120度の角度をなす方向に染色体の全幅に対して行なうことができる。例えば、後述の実施例のように、染色体の長軸に対し直角(90度の角度)に移動させることができる。一方、後述のように複数の微小領域を連続回収する場合には、探針の移動方向を、染色体の長軸に対し、90度からある程度ずらした角度、好ましくは60〜85度及び95〜120度の角度をなす方向とすると、隣接する微小領域に含まれるDNAの一部を重複させることができ、塩基配列解析を効率的に行なえるので、好ましい。
Furthermore, the direction of movement of the probe in the minute region of the chromosome (the horizontal arrow in the example of FIG. 1) can be adjusted as appropriate. Generally, as described in claim 4 , it can be performed on the entire width of the chromosome in a direction that forms an angle of 60 degrees to 120 degrees with respect to the long axis of the chromosome. For example, it can be moved at right angles (90 degree angle) with respect to the long axis of the chromosome as in the examples described later. On the other hand, when a plurality of minute regions are continuously collected as described later, the moving direction of the probe is shifted from 90 degrees to some extent with respect to the long axis of the chromosome, preferably 60 to 85 degrees and 95 to 120. A direction that forms an angle of degrees is preferable because a part of DNA contained in adjacent minute regions can be overlapped, and base sequence analysis can be performed efficiently.

本発明の方法によれば、上記のような回収操作を行なうことにより、染色体の構成物質を含む微小領域を回収することができる。回収された染色体の微小領域には、DNAやタンパク質などの構成物質が含まれている。本発明の方法によれば、染色体の微小領域を、基板上に残片を残すことなく、微小領域に含まれる構成物質を破壊せずに高い回収率で回収することができる。従って、微小領域からDNAを抽出または増幅すれば、従来のゲノム解析手法に比べてはるかに省力化された染色体塩基配列解読や染色体物理地図作成が可能になる。   According to the method of the present invention, a microregion containing a chromosomal constituent material can be recovered by performing the recovery operation as described above. The collected microregions of chromosomes contain constituents such as DNA and proteins. According to the method of the present invention, a minute region of a chromosome can be recovered at a high recovery rate without destroying constituents contained in the minute region without leaving a remnant on the substrate. Therefore, by extracting or amplifying DNA from a minute region, it is possible to decode a chromosomal base sequence and create a chromosomal physical map, which are much more labor-saving than conventional genomic analysis techniques.

本発明の方法においては、上記した回収操作を、染色体中の一ヶ所のみについて行なうこともできるが、染色体の全てあるいはその中の着目した部分を微小領域に分割して、各領域について回収操作を行なうことにより、染色体の広い領域について塩基配列解読や染色体物理地図作成を行なうこともできる。
この場合は、染色体の全てまたは任意の部分を構成する複数の微小領域について、順次回収操作を進めていくことができる。この場合、回収操作の進行方向(順序)については、染色体または任意の部分の一端から他端まで一つずつ、すなわち、探針を切断幅だけずらして進めていくとすることもできるが、この場合、隣接する切断線の間にある程度の量の染色体構成成分が回収されずに残ってしまうおそれがある。
In the method of the present invention, the above-described recovery operation can be performed for only one place in the chromosome, but all of the chromosome or a portion of interest in the chromosome is divided into minute regions, and the recovery operation is performed for each region. By doing so, it is also possible to perform base sequence decoding and chromosome physical map creation for a wide region of the chromosome.
In this case, it is possible to sequentially proceed with the collection operation for a plurality of microregions constituting all or an arbitrary part of the chromosome. In this case, as for the traveling direction (order) of the collection operation, it can be said that the chromosome or any part is moved one by one from one end to the other end, that is, the probe is shifted by the cutting width. In some cases, a certain amount of the chromosomal component may remain unrecovered between adjacent cutting lines.

そこで、このようなおそれを軽減するためには、請求項に記載するように、染色体の全てまたは任意の部分を構成する複数の微小領域のうち、染色体または任意の部分の末端に位置する第一の微小領域の回収操作を行ない、続いて、前記第一の微小領域から10nm以上5μm以下の間隔をおいた第二の微小領域について第一の微小領域の回収操作における探針の移動方向と平行に探針を移動させる回収操作を行ない、以下順次同様の回収操作を染色体または任意の部分の他の末端に位置する微小領域まで繰り返した後、第一の微小領域と第二の微小領域の中間に存在する微小領域について回収操作を行ない、以降順次同様の回収操作をすべての微小領域が回収できるまで繰り返すことが好ましい。このような方法により、染色体の対象部分を複数の微小領域に分割して完全に回収することができ、隣接する切断線の間に回収されない染色体の構成成分が残ってしまうおそれをなくすことができる。
Therefore, in order to reduce such a fear, as described in claim 1 , among the plurality of microregions constituting all or any part of the chromosome, the first located at the end of the chromosome or any part. The first micro-region collecting operation is performed, and then the probe moving direction in the first micro-region collecting operation for the second micro-region spaced from the first micro-region by 10 nm to 5 μm. The collection operation is performed by moving the probe in parallel, and then the same collection operation is repeated until the minute region located at the other end of the chromosome or any part of the chromosome. It is preferable that the collection operation is performed for the minute region existing in the middle, and thereafter the same collection operation is sequentially repeated until all the minute regions can be collected. By such a method, the target portion of the chromosome can be divided into a plurality of minute regions and completely recovered, and the possibility that the components of the chromosome that are not recovered remain between adjacent cutting lines can be eliminated. .

本発明の方法で連続回収を行なう場合の手順を、図2を参照して説明する。尚、図2の(a)は回収途中、(b)は回収終了時を示す。
まず、図2の(a)に示すように染色体または任意の部分の末端Aの最も近い位置にある第一の微小領域201の回収操作を行なう。すなわち、染色体の全部または着目した任意の部分の一方の末端の微小領域201について、図1に示す原理に従い回収操作を行なう。
続いて、第一の微小領域201から10nm以上5μm以下、好ましくは30nm以上1μm以下の間隔をおいた第二の微小領域202について回収操作を行なう。すなわち、AFMの探針を、第一の微小領域201から適当な間隔を置いて直近の染色体の第二の微小領域202に移して、該微小領域202について回収操作を行なう。この際、探針の移動は、第一の微小領域201の回収操作における探針の移動方向と平行の方向とすることが必要である。尚、微小領域の間隔については、使用する探針の形状や移動速度、加える力などの条件設定により10nm以上5μmの範囲で適宜調整することが可能である。
The procedure in the case of performing continuous collection by the method of the present invention will be described with reference to FIG. 2A shows the middle of the collection, and FIG. 2B shows the end of the collection.
First, as shown in FIG. 2 (a), a recovery operation is performed on the first microregion 201 located closest to the end A of the chromosome or an arbitrary portion. That is, the collection operation is performed according to the principle shown in FIG. 1 with respect to the entire region of the chromosome or the minute region 201 at one end of an arbitrary portion of interest.
Subsequently, the collection operation is performed on the second minute region 202 spaced from the first minute region 201 by 10 nm to 5 μm, preferably 30 nm to 1 μm. That is, the AFM probe is moved from the first minute region 201 to the second minute region 202 of the nearest chromosome at an appropriate interval, and the collecting operation is performed on the minute region 202. At this time, the movement of the probe needs to be in a direction parallel to the moving direction of the probe in the collection operation of the first minute region 201. Note that the interval between the minute regions can be appropriately adjusted within a range of 10 nm to 5 μm by setting conditions such as the shape of the probe to be used, the moving speed, and the applied force.

以下、順次同様の回収操作を、第一の微小領域21側の末端Aとは別の末端Bに位置する微小領域207まで、微小領域203,204,205,206,207の順に繰り返す。
尚、第二の微小領域で染色体の他の末端に達した場合は、第二の微小領域の回収操作の後、後述する中間に存在する微小領域について回収操作を行なうこととなる。尚、各操作により回収される微小領域のサイズは、一致させても良いし、互いに異なっていても良い。
Hereinafter, the same collection operation is sequentially repeated in the order of the micro regions 203, 204, 205, 206, and 207 up to the micro region 207 located at the terminal B different from the terminal A on the first micro region 21 side.
When the other end of the chromosome is reached in the second micro area, the recovery operation is performed for the micro area existing in the middle, which will be described later, after the recovery operation of the second micro area. In addition, the size of the micro area | region collect | recovered by each operation may be made to correspond, and may mutually differ.

ここまでの一連の操作により、適当な間隔をおいて染色体の微小領域201〜207が回収され、図2の(b)に示すように、各微小領域の中間に存在する微小領域のみが残る状態となる(図2の右側)。
そこで、第一の微小領域と第二の微小領域の中間に存在する微小領域208まで探針を戻し同様の回収操作を行なう。そして、第一の微小領域201から10nm以上5μm以下の間隔をおいた微小領域209について回収操作を行なう。続けて、微小領域210、211、212、及び213について回収操作を行なう。この際も探針の移動は、第一の微小領域201の回収操作における探針の移動方向と平行の方向とすることが必要である。
この後半の各回収操作により回収される微小領域は、前記前段の各回収操作により回収される微小領域の中間部分全域をカバーすることが必要である。すなわち、図2の例で説明すると、微小領域210は、微小領域201と202との中間部分全域、微小領域211は、微小領域202と203との中間部分全域、と順次一致させる必要がある。
このようにして、染色体の全て又は任意の部分を構成する複数の微小領域201〜215を連続回収することが可能である。
Through a series of operations up to this point, chromosome microregions 201 to 207 are collected at appropriate intervals, and only a microregion existing in the middle of each microregion remains as shown in FIG. (Right side of FIG. 2).
Therefore, the probe is returned to the minute region 208 existing between the first minute region and the second minute region, and the same collecting operation is performed. Then, the collection operation is performed on the minute region 209 spaced from the first minute region 201 by 10 nm to 5 μm. Subsequently, the collection operation is performed on the minute regions 210, 211, 212, and 213. Also in this case, the movement of the probe needs to be in a direction parallel to the movement direction of the probe in the collection operation of the first minute region 201.
The minute area collected by each of the latter collection operations needs to cover the entire intermediate portion of the minute area collected by each of the preceding collection operations. That is, in the example of FIG. 2, it is necessary to sequentially match the minute region 210 with the entire intermediate portion between the minute regions 201 and 202, and the minute region 211 with the entire intermediate portion between the minute regions 202 and 203.
In this way, it is possible to continuously collect a plurality of microregions 201 to 215 constituting all or an arbitrary part of the chromosome.

連続回収の結果得られる微小領域に含まれる構成物質、例えばDNAは、該微小領域に隣接する微小領域に含まれるDNAとゲノム上隣接することが分かる。従って、連続回収により得られる複数の微小領域を、もとの染色体上における回収位置に従って並べ替えることにより、微小領域のそれぞれに含まれるDNAをつなぎ合わせて、染色体に含まれるDNAを解析できることが明らかである。
そこで、連続回収された各微小領域に含まれるDNA等の構成物質を、染色体の全て又は任意の部分全体の遺伝情報として効率良く利用できるようにするために、請求項に記載するように、一回の回収操作ごとに染色体上の回収位置を記録し、各回収操作において探針に付着した微小領域を探針から取り外すか、或いは探針ごとAFMから取り外して、当該微小領域の染色体上における回収位置に従い、染色体上の位置情報付き微小領域として回収保存することが好ましい。
染色体上の位置情報は、AFMによりナノレベルの精度で記録することができるので、この機能を利用して染色体上の位置情報付き微小領域とすることができる。
It can be seen that the constituent material, for example, DNA, contained in the microregion obtained as a result of the continuous recovery is adjacent on the genome to the DNA contained in the microregion adjacent to the microregion. Therefore, it is clear that the DNA contained in each chromosome can be analyzed by rearranging the plurality of microregions obtained by continuous collection according to the collection position on the original chromosome, and joining the DNA contained in each of the microregions. It is.
Therefore, in order to make it possible to efficiently use constituent materials such as DNA contained in each microregion collected continuously, as genetic information of all or any part of the chromosome, as described in claim 5 , Record the collection position on the chromosome for each collection operation, and remove the micro area attached to the probe in each collection operation from the probe, or remove the probe from the AFM, and the micro area on the chromosome According to the collection position, it is preferable to collect and store as a microregion with position information on the chromosome.
Since the position information on the chromosome can be recorded with nano-level accuracy by AFM, this function can be used to make a minute region with position information on the chromosome.

このようにして連続回収された微小領域は、染色体の塩基配列の解明に用いることができる。すなわち、連続回収され保存された染色体上の位置情報付き微小領域に含まれるDNAを抽出または増幅し、得られたDNAをクローニングし、順次解析すれば、染色体全てないし着目部分の塩基配列解読が可能である。
つまり、請求項に記載するように、請求項記載の方法により回収保存される染色体上の位置情報付き微小領域に含まれるDNAを抽出または増幅した後、その塩基配列を決定し、得られる塩基配列をそれぞれの位置情報にしたがって順次連結することにより、染色体の全てまたは任意の部分の塩基配列を決定して、染色体の塩基配列を解読することができる。
The microregion continuously collected in this way can be used for elucidation of the base sequence of the chromosome. In other words, by extracting or amplifying DNA contained in microregions with positional information on chromosomes that have been collected and stored continuously, the resulting DNA can be cloned and analyzed in sequence, so that the entire nucleotide sequence or the nucleotide sequence of interest can be decoded. It is.
That is, as described in claim 6 , it is obtained by extracting or amplifying DNA contained in a microregion with positional information on a chromosome recovered and stored by the method of claim 5, and then determining its base sequence to obtain By sequentially linking the base sequences according to the respective position information, the base sequence of all or an arbitrary part of the chromosome can be determined, and the base sequence of the chromosome can be decoded.

更に、連続回収された各微小領域から取り出されたDNAは、物理地図の作成に用いることができる。すなわち、請求項に記載するように、請求項記載の方法により回収保存される染色体上の位置情報付き微小領域に含まれるDNAを抽出または増幅した後、その塩基配列の一部を決定し、全ゲノムDNAを断片化してベクターにクローニングして作成したゲノムDNAライブラリーに含まれるクローンの中から、前記微小領域の塩基配列と相同な配列を含むクローンを選別し、前記微小領域の位置情報に基づいて前記選別したクローンを整列させることにより、染色体の物理地図を作成することができる。
染色体の物理地図の作成について一例を挙げると、次のとおりである。まず、回収した微小領域に含まれる構成物質としてのDNAの全てでなく一部のみを解析し、その塩基配列情報に基づいてゲノムDNAのBACライブラリーやYACライブラリー等から相同配列を含むクローンをスクリーニングして、そのクローンを染色体上の微小領域の位置していた場所にマップする。この操作を、連続回収した各微小領域に対して繰り返し行なえば、特定の染色体ないしその染色体上の特定部分に位置するクローンを選別し、さらに整列化すること、すなわち物理地図の作成が可能である。
Furthermore, DNA taken out from each microregion collected continuously can be used to create a physical map. That is, as described in claim 7 , after extracting or amplifying DNA contained in a microregion with positional information on a chromosome recovered and stored by the method of claim 5 , a part of the base sequence is determined. Selecting a clone containing a sequence homologous to the base sequence of the microregion from clones contained in a genomic DNA library prepared by fragmenting the whole genomic DNA and cloning it into a vector, and position information of the microregion A physical map of the chromosome can be created by aligning the selected clones based on the above.
An example of the creation of a physical map of chromosomes is as follows. First, analyze not only all but a part of DNA as a constituent contained in the collected microregions, and based on the nucleotide sequence information, clones containing homologous sequences from BAC libraries or YAC libraries of genomic DNA. Screen and map the clone to where the microregion on the chromosome was located. If this operation is repeated for each microregion collected continuously, it is possible to select a specific chromosome or a clone located in a specific part on the chromosome, and further align, that is, create a physical map. .

ここで、本発明の方法における連続回収の際の各回収操作において、上述のように、探針を、染色体の長軸に対して60度〜120度の角度をなす方向に染色体の全幅に対して行なうようにすると、該微小領域から抽出または増幅されたDNAをつなげることができ、塩基配列解析や物理地図作成を効率的に行なえる。図3に示すように、染色体31には通常2セットのDNA32が含まれているため、上記特定の角度で探針を移動させると、2本のDNA32間で微小領域33及び34の境界線35にずれが生じることにより、ある微小領域33と隣接する微小領域34の両方に重複する部分36が生じ、塩基配列解析を効率的に行なうことができる。   Here, in each recovery operation in the continuous recovery in the method of the present invention, as described above, with respect to the entire width of the chromosome, the probe is in a direction that forms an angle of 60 degrees to 120 degrees with respect to the long axis of the chromosome. In this way, DNA extracted or amplified from the microregion can be connected, and base sequence analysis and physical map creation can be performed efficiently. As shown in FIG. 3, since the chromosome 31 normally includes two sets of DNA 32, when the probe is moved at the specific angle, the boundary line 35 between the micro regions 33 and 34 between the two DNAs 32. As a result of the deviation, an overlapping portion 36 is generated in both a certain minute region 33 and an adjacent minute region 34, and the base sequence analysis can be performed efficiently.

また、本発明の方法の対象とする染色体としては、減数分裂期のもの、例えば請求項8及び9に記載するようなレプトテン期、ザイゴテン期、パキテン期、又はディプロテン期の染色体を用いることが好ましい。減数分裂期の染色体は、引き延ばされた非常に細長い構造をとっているため、同じ切断幅でも通常の体細胞分裂期の染色体にくらべて含まれるDNA量が少なくなり、ゲノム解析の分解能を向上させることが可能である。さらに、この時期は、一本の染色体に含まれるDNAが4セットになるため、DNAの増幅や隣接領域との接続部分の解析に有利になる。
以下、本発明を実施例により具体的に説明する。
Moreover, it is preferable to use a chromosome in the meiotic phase, for example, a chromosome in the leptotenic phase, zygotenic phase, pakitenic phase, or diprotenic phase as described in claims 8 and 9 , as a chromosome targeted by the method of the present invention. . Since meiotic chromosomes have an elongated structure that is elongated, the amount of DNA contained is smaller than that of normal somatic chromosomes, even at the same cutting width, and the resolution of genome analysis is reduced. It is possible to improve. Further, at this time, the DNA contained in one chromosome becomes 4 sets, which is advantageous for DNA amplification and analysis of the connection portion with the adjacent region.
Hereinafter, the present invention will be specifically described by way of examples.

本発明の方法に従い、染色体の微小領域の回収を行なった。
すなわち、AFM(SPA−800P、メーカー:セイコーインスツルナノテクノロジー社)の探針としてシリコン製のもの(商品名:NCH−10T、メーカー:ナノワールド社)を使用し、探針を染色体が固定されている基板方向に押しつけながら、毎秒1.0μmの移動速度で、回収対象の染色体の端から1μm及び2μmの位置を幅150nmで一回のみ走査した後、基板から上方に引き上げて探針を引き離した。走査は、探針を基板方向に押しつける力の大きさを約20μNとして行なった。また、回収操作は大気中で行なった。
図4に、染色体の微小領域を回収した後の染色体のAFM観察像を示す。
According to the method of the present invention, the microregion of the chromosome was collected.
In other words, a silicon probe (brand name: NCH-10T, manufacturer: Nanoworld) is used as the probe for AFM (SPA-800P, manufacturer: Seiko Instruments Nanotechnology), and the probe has a fixed chromosome. 1 mm and 2 μm from the end of the chromosome to be collected are scanned once at a width of 150 nm at a moving speed of 1.0 μm per second while pushing toward the substrate, and then the probe is pulled up by pulling it upward from the substrate. It was. The scanning was performed with the magnitude of the force pressing the probe toward the substrate being about 20 μN. The collection operation was performed in the atmosphere.
FIG. 4 shows an AFM observation image of the chromosome after recovering the minute region of the chromosome.

一方、従来法により染色体を切断した。すなわち、AFMの探針を、染色体の切断対象領域上で往復走査しながら徐々に押し下げ、探針を基板面まで押し下げて切断を行なった。図5に、従来法により微小領域を切断した後の染色体のAFM観察像を示す。   On the other hand, the chromosome was cut by a conventional method. That is, the AFM probe was gradually pushed down while reciprocatingly scanning on the region to be cut of the chromosome, and the probe was pushed down to the substrate surface for cutting. FIG. 5 shows an AFM observation image of the chromosome after the microregion is cut by the conventional method.

その結果、従来法(図5)では、AFMの探針の移動により染色体51の微小領域は確かに掻き取られ切断線52が形成されるが、探針が折り返すときに掻き取られた微小領域の構成物質は探針からはずれて切断線の末端に堆積し、残骸53となって基板上に残り、回収することはできなかった。
これに対し、本発明の方法の場合は、図4に示すように、切断線41には残骸が全く観察されなかった。
このことから、染色体の微小領域が探針に付着して回収されていると推測された。
As a result, in the conventional method (FIG. 5), the minute region of the chromosome 51 is surely scraped off by the movement of the AFM probe and the cut line 52 is formed, but the minute region scraped off when the probe is folded back. The constituent material of was removed from the probe and deposited at the end of the cutting line, became a wreckage 53 and remained on the substrate, and could not be recovered.
On the other hand, in the case of the method of the present invention, no debris was observed at the cutting line 41 as shown in FIG.
From this, it was speculated that the minute region of the chromosome was collected by being attached to the probe.

本発明の方法により回収された染色体の微小領域が実際に回収されているかどうかを検証するために、DNAに非特異的に結合する蛍光色素YOYO−1により染色した染色体について、同様に微小領域の回収を行ない、回収後に探針を蛍光顕微鏡により観察した。
その結果、図6に示すように、AFMのカンチレバー61上にある探針の先端62に蛍光が検出され、実際にDNAを含む染色体の微小領域が回収されていることが実証された。回収の再現性は非常に高く、90%以上の確率で回収に成功している。
また、走査型電子顕微鏡により探針先端を観察したところ、図7に示すように、探針先端71に回収した染色体微小領域由来の物質72が付着していることが確認された。
In order to verify whether or not the microregion of the chromosome recovered by the method of the present invention is actually recovered, the chromosome of the microregion was similarly analyzed for the chromosome stained with the fluorescent dye YOYO-1 that binds nonspecifically to DNA. Collection was performed, and the probe was observed with a fluorescence microscope after collection.
As a result, as shown in FIG. 6, fluorescence was detected at the tip 62 of the probe on the AFM cantilever 61, and it was proved that a microscopic region of the chromosome containing DNA was actually recovered. The reproducibility of recovery is very high, and recovery is successful with a probability of 90% or more.
Further, when the tip of the probe was observed with a scanning electron microscope, it was confirmed that the collected substance 72 derived from the microscopic region of the chromosome was attached to the probe tip 71 as shown in FIG.

本発明の方法に従い、染色体の微小領域の連続回収を行なった。回収は、前記実施例1のように大気中でも可能であるが、本実施例では、溶液中(超純水中)で回収を行えるかどうか検討した。
図2に示した連続回収の原理に従い、まず、染色体の第一の微小領域(長さ約700nm、幅約100nmの直線領域)の回収操作を行い、続いて、前記第一の回収領域から約500nmの間隔を置いて第一の回収操作と平行に第二の微小領域(長さ約700nm、幅約100nmの直線領域)について回収操作を行なった。その後、第一の微小領域と第二の微小領域の中間に残存している微小領域(長さ約700nm、幅約500nmの直線領域)について第三の回収操作を行なった。
図8に第一の微小領域と第二の微小領域を回収した時点の染色体のAFM観察像(a)及び第三の微小領域を回収し連続回収を終了させた後のAFM観察像(b)を示す。
According to the method of the present invention, continuous collection of chromosomal microregions was performed. The recovery can be performed in the atmosphere as in Example 1, but in this example, it was examined whether recovery could be performed in a solution ( ultra pure water) .
In accordance with the principle of continuous recovery shown in FIG. 2, first, a recovery operation of a first minute region of a chromosome (a linear region having a length of about 700 nm and a width of about 100 nm) is performed. The collection operation was performed on the second minute region (a linear region having a length of about 700 nm and a width of about 100 nm) in parallel with the first collection operation at an interval of 500 nm. Thereafter, a third collection operation was performed on the minute region remaining in the middle of the first minute region and the second minute region (a linear region having a length of about 700 nm and a width of about 500 nm).
FIG. 8 shows an AFM observation image (a) of the chromosome at the time when the first microregion and the second microregion were collected, and an AFM observation image (b) after the third microregion was collected and the continuous collection was terminated. Indicates.

図8(a)から明らかなように、第一の微小領域及び第二の微小領域の存在した場所には、2本の切断線81が染色体上に観察できる。また、第一の微小領域と第二の微小領域を回収した時点で、両領域の中間に存在する微小領域の中間部分82がそのまま残されている。これに対し、第三の微小領域を回収した後は、図8(b)から明らかなように、図8(a)の中間部分82に染色体構成物質の存在しない領域83が観察されたことから(図8の右図参照)、中間部分82の微小領域が確かに回収されたことが検証できた。
このようにして、染色体上の3つの微小領域を連続的に回収することに成功したことから、同様に回収操作を複数の微小領域について行なうことにより、染色体の全部または任意の部分について微小断片に分割して連続的に回収することが可能であることも明らかである。
水、生理緩衝液、エタノール、メタノール、及び界面活性剤を含有する水溶液などの溶液中で同様に回収操作を行なった結果、同様に染色体の構成物質を回収することができ、サイズの大きな染色体等では、大気中での回収よりもむしろ効率が良い場合があった。
As is clear from FIG. 8A, two cut lines 81 can be observed on the chromosome at the locations where the first microregion and the second microregion are present. In addition, when the first micro area and the second micro area are collected, an intermediate portion 82 of the micro area existing between the two areas remains as it is. On the other hand, after collecting the third microregion, as is apparent from FIG. 8B, a region 83 where no chromosomal component exists was observed in the intermediate portion 82 of FIG. 8A. (See the right figure in FIG. 8 ), it was verified that the micro area of the intermediate portion 82 was surely recovered.
Since the three microregions on the chromosome were successfully recovered in this way, the recovery operation was similarly performed on a plurality of microregions, so that all or any part of the chromosome was converted into microfragments. It is also clear that it can be divided and recovered continuously.
As a result of the same recovery operation in a solution such as water, physiological buffer solution, ethanol, methanol, and an aqueous solution containing a surfactant, it is possible to recover the components of the chromosome in the same manner, such as a large chromosome In some cases, it was more efficient than recovery in the air.

本発明によれば、染色体の微小領域を効率的に回収することができ、複数の隣接する微小領域の連続回収も精度良く行なうことができる。
また、染色体の全てないし着目した部分を微小領域に分割し、位置情報付き微小領域として連続して回収すれば、染色体の塩基配列解読や物理地図作成の効率を従来の手法に比べ飛躍的に向上させることが可能である。
According to the present invention, a minute region of a chromosome can be efficiently collected, and a continuous collection of a plurality of adjacent minute regions can be performed with high accuracy.
In addition, if the whole or part of the chromosome is divided into minute areas and collected continuously as minute areas with location information, the efficiency of chromosomal sequencing and physical mapping can be dramatically improved compared to conventional methods. It is possible to make it.

本発明の方法における回収操作の原理を示す図である。It is a figure which shows the principle of collection | recovery operation in the method of this invention. 本発明の方法により連続回収を行なう場合の(a)回収途中、(b)回収終了時の手順の説明図である。It is explanatory drawing of the procedure at the time of completion | finish of (a) collection | recovery in the case of performing continuous collection | recovery by the method of this invention, and (b) collection | recovery. 染色体の長軸に対して所定の角度で切断回収した場合の説明図である。It is explanatory drawing at the time of cut-and-recovering at a predetermined angle with respect to the long axis of a chromosome. 本発明の方法により染色体の微小領域を回収した後の染色体のAFM観察像を示す。The AFM observation image of the chromosome after collect | recovering the microregion of a chromosome by the method of this invention is shown. 従来法により染色体の微小領域を回収した後の染色体のAFM観察像を示す。The AFM observation image of the chromosome after collect | recovering the microregion of a chromosome by the conventional method is shown. 探針先端に付着した染色体構成物質の蛍光顕微鏡像を示す。The fluorescence microscope image of the chromosomal component adhering to the probe tip is shown. 探針先端に付着した染色体構成物質の走査型電子顕微鏡像を示す。The scanning electron microscope image of the chromosomal component attached to the probe tip is shown. 実施例2において第一の微小領域と第二の微小領域を回収した時点の染色体のAFM観察像(a)及び第三の微小領域を回収し連続回収を終了させた後のAFM観察像(b)を示す。AFM observation image (a) of the chromosome at the time when the first microregion and the second microregion were collected in Example 2, and the AFM observation image (b) after the third microregion was collected and the continuous collection was terminated. ).

符号の説明Explanation of symbols

11 探針
12 基板
13 染色体
14 微小領域
A 染色体または任意の部分の末端
B 染色体または任意の部分の他の末端
201〜213 微小領域
31 染色体
32 DNA
33及び34 微小領域
35 境界線
36 微小領域33及び34に重複する部分
41 切断線
51 染色体
52 切断線
53 残骸
61 カンチレバー
62 探針の先端
71 探針の先端
72 染色体の構成物質
81 切断線
82 微小領域の中間部分
83 染色体の構成物質の存在しない領域
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 Probe 12 Substrate 13 Chromosome 14 Microregion A Chromosome or terminal B of arbitrary part Chromosome or other terminal 201-213 Microregion 31 Chromosome 32 DNA
33 and 34 Minute region 35 Boundary line 36 Portion overlapping with minute regions 33 and 34 Cutting line 51 Chromosome 52 Cutting line 53 Remnant 61 Cantilever 62 Tip tip 71 Tip tip 72 Chromosome 81 Cutting line 82 Minute Middle part of the region 83 Region where no chromosomal constituents exist

Claims (9)

染色体の微小領域を原子間力顕微鏡(AFM)を用いて回収するにあたり、AFMの探針を染色体が固定されている基板方向に押しつけながら移動させて、回収の対象である染色体中の構成物質を含む微小領域を前記探針に付着させた後、前記探針を前記基板から引き離すことにより、染色体の構成物質を含む微小領域を回収することを特徴とする染色体の微小領域を回収する方法であって、
AFMの探針を基板方向に押しつける力の大きさが、1μN以上50μN以下であり、かつ、探針の移動速度が毎秒0.1μm以上10μm以下であり、
染色体の全てまたは任意の部分を構成する複数の微小領域のうち、染色体または任意の部分の末端に位置する第一の微小領域の回収操作を行ない、続いて、前記第一の微小領域から10nm以上5μm以下の間隔をおいた第二の微小領域について第一の微小領域の回収操作における探針の移動方向と平行に探針を移動させる回収操作を行ない、以下順次同様の回収操作を染色体または任意の部分の他の末端に位置する微小領域まで繰り返した後、第一の微小領域と第二の微小領域の中間に存在する微小領域について回収操作を行ない、以降順次同様の回収操作をすべての微小領域が回収できるまで繰り返すことにより、染色体の全て又は任意の部分を連続する複数の微小領域に分割して回収する方法。
When recovering a minute region of a chromosome using an atomic force microscope (AFM), the AFM probe is moved toward the substrate to which the chromosome is fixed, and the constituent substances in the chromosome to be recovered are moved. A method for recovering a microscopic region of a chromosome, comprising: attaching a microregion including the microprobe to the probe, and then recovering the microregion containing a chromosomal constituent material by separating the probe from the substrate. And
The magnitude of the force pressing the AFM probe toward the substrate is 1 μN or more and 50 μN or less, and the moving speed of the probe is 0.1 μm or more and 10 μm or less per second,
Of the plurality of microregions constituting all or any part of the chromosome, the first microregion located at the end of the chromosome or any portion is recovered, and subsequently 10 nm or more from the first microregion. For the second micro area with an interval of 5 μm or less, a recovery operation is performed in which the probe is moved in parallel with the moving direction of the probe in the recovery operation of the first micro area. After repeating up to the minute region located at the other end of the part, the collection operation is performed for the minute region existing between the first minute region and the second minute region, and thereafter the same collection operation is sequentially performed for all the minute regions. A method in which all or an arbitrary part of a chromosome is divided into a plurality of continuous microregions and collected by repeating until the region can be collected.
回収操作を、溶液中で行なうことを特徴とする請求項1に記載の染色体の微小領域を回収する方法。 The method for recovering a chromosomal microregion according to claim 1, wherein the recovery operation is performed in a solution. 回収操作に用いる溶液が、水、生理緩衝液、エタノール、メタノール、又は界面活性剤を含有する水溶液である請求項記載の染色体の微小領域を回収する方法。 The method for recovering a chromosomal microregion according to claim 2 , wherein the solution used for the recovery operation is water, physiological buffer, ethanol, methanol, or an aqueous solution containing a surfactant. 探針の移動を、染色体の長軸に対して60度〜120度の角度をなす方向に染色体の全幅に対して行なう請求項1〜のいずれかに記載の染色体の微小領域を回収する方法。 The method for recovering a microregion of a chromosome according to any one of claims 1 to 3 , wherein the probe is moved with respect to the entire width of the chromosome in a direction that forms an angle of 60 degrees to 120 degrees with respect to the long axis of the chromosome. . 一回の回収操作ごとに染色体上の回収位置を記録し、各回収操作において探針に付着した微小領域を探針から取り外すか、或いは探針ごとAFMから取り外して、当該微小領域の染色体上における回収位置に従い、染色体上の位置情報付き微小領域として回収保存することを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の染色体の微小領域を回収する方法。 Record the collection position on the chromosome for each collection operation, and remove the micro area attached to the probe in each collection operation from the probe, or remove the probe from the AFM, and the micro area on the chromosome 5. The method for recovering a microscopic region of a chromosome according to any one of claims 1 to 4, wherein the microregion is recovered and stored as a microregion with positional information on a chromosome according to the recovery position. 請求項記載の方法により回収保存される染色体上の位置情報付き微小領域に含まれるDNAを抽出または増幅した後、その塩基配列を決定し、得られる塩基配列をそれぞれの位置情報にしたがって順次連結することにより、染色体の全てまたは任意の部分の塩基配列を決定することを特徴とする染色体の塩基配列解読法。 6. After extracting or amplifying DNA contained in a microregion with positional information on a chromosome recovered and stored by the method according to claim 5 , the base sequence is determined, and the obtained base sequences are sequentially linked according to the positional information. To determine the base sequence of all or an arbitrary part of the chromosome. 請求項記載の方法により回収保存される染色体上の位置情報付き微小領域に含まれるDNAを抽出または増幅した後、その塩基配列の一部を決定し、全ゲノムDNAを断片化してベクターにクローニングして作成したゲノムDNAライブラリーに含まれるクローンの中から、前記微小領域の塩基配列と相同な配列を含むクローンを選別し、前記微小領域の位置情報に基づいて前記選別したクローンを整列させることを特徴とする染色体の物理地図作成法。 After extracting or amplifying DNA contained in a microregion with positional information on a chromosome recovered and stored by the method according to claim 5, a part of the base sequence is determined, and the whole genomic DNA is fragmented and cloned into a vector A clone containing a sequence homologous to the nucleotide sequence of the microregion is selected from the clones contained in the genomic DNA library prepared as described above, and the selected clones are aligned based on the positional information of the microregion. Chromosome physical mapping method characterized by 染色体が、レプトテン期、ザイゴテン期、パキテン期、及びディプロテン期のいずれかの時期の染色体であることを特徴とする請求項記載の染色体の塩基配列解読法。 The method for decoding a base sequence of a chromosome according to claim 6 , wherein the chromosome is a chromosome in any one of the leptotene, zygotene, pakiten, and diproten periods. 染色体が、レプトテン期、ザイゴテン期、パキテン期、及びディプロテン期のいずれかの時期の染色体であることを特徴とする請求項記載の染色体の物理地図作成法。 8. The method for preparing a physical map of chromosomes according to claim 7 , wherein the chromosome is a chromosome at any one of a leptoten phase, a zygoten phase, a pakiten phase, and a diproten phase.
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