GC含量

AT対とGC対。矢印は水素結合を指している。

GC含量(GC-content)は、DNA分子中の窒素塩基のうちグアニンとシトシンの割合である^[1]。また、この用語はDNA・RNAの特定の断片や、ゲノム全体に対しても用いられる。

AT対が2つの水素結合で結ばれているのに対し、GC対は3つの水素結合で結ばれている。GC含量の高いDNAは低いものよりも安定しているが、この安定性は水素結合によるものではなく、主にスタッキング相互作用によるものである^[2]。遺伝物質の高い耐熱性に関わらず、高いGC含量のDNAを含む細胞は自己融解を起こし、細胞の寿命自体は短い^[3]。高GC含量のDNAを持つ生物の頑健性のため、GC含量は温度適応に重要な役割を果たすと信じられてきたが、この仮説は反証された^[4]。しかし同じ研究で、高温と（rRNA・tRNAや他のncRNAのような）構造RNAのGC含量との間で強い相関が示された。近年初めて行われた、遺伝子を中心とした体系的な大規模相関分析によって、特定のゲノム部位についてのみGC含量と温度の間に相関が見られることが示された^[5]。

PCRでは、プライマーのGC含量から相補DNAのアニーリング温度が予測される。高いGC含量を持つプライマーは、高いアニーリング温度を持つことが示唆される。

目次

• 
  1 GC含量の決定
  


• 
  2 ゲノムのGC比
  


• 
  3 GC比と配列決定
  


• 
  4 分類学への応用
  


• 
  5 出典
  


• 
  6 外部リンク
  

GC含量の決定

GC含量%は次のように計算される^[6] 。

G+CA+T+G+C× 100{displaystyle {cfrac {G+C}{A+T+G+C}}times 100}

別の表現としてAT/GC比があり、次のように計算される^[7]。

A+TG+C{displaystyle {cfrac {A+T}{G+C}}}

これらは様々な方法で測定可能であるが、最も単純な方法の1つに、分光測色法を用いたDNAの「融点」の測定がある。DNAによる波長260nmの吸光は、二重鎖DNAが十分に加熱されて一本鎖DNAに分離すると急激に増加する^[8]。最も一般的に用いられている手法として、ATまたはGCのみに結合する蛍光色素を用いた、大量のDNAサンプルに対するフローサイトメトリーの利用がある^[9]。

別の自明な方法として、DNA・RNAの塩基配列が決定されると、単純計算によりGC含量を正確に算出できる。

ゲノムのGC比

ゲノム中のGC比はかなり変動がある。複雑な生物では、高GC比領域はモザイク状に点在し、アイソコアと呼ばれる"小島"状の領域を形成する^[10]。これは、染色体の染色強度の違いに直接現れる^[11]。アイソコアはタンパク質コード領域を多く含むため、これらの領域のGC比の決定は、遺伝子の多い領域をゲノム中から特定することに役立つ^[12][13]。

GC比と配列決定

ゲノム配列を俯瞰すると、非コード領域に対し、タンパク質コード領域は高いGC含量を持つことがよく見られる。コード領域の長さがGC含量に正比例することを示す証拠も得られている^[14]。終止コドンがアデニンとチミンに偏っているという理由から、配列が短いほどATバイアスは高くなる^[15]。

分類学への応用

分類群によってGC含量が異なる理由として、進化過程における選択・突然変異バイアス・DNA修復時のバイアス等の寄与が想定されている^[16]。原核生物分類学の種の定義における問題は、細菌の分類に関する様々な示唆を与え、ad hoc committee on reconciliation of approaches to bacterial systematicsは細菌の高次分類にGC比を用いることを勧告した^[17]。例えば、放線菌は「高GC含量の細菌」として特徴づけられ^[18]、その1種であるストレプトマイセス属のStreptomyces coelicolor A3(2)では72%である^[19]。細菌以外のモデル生物では、出芽酵母では38%^[20]、シロイヌナズナでは36%である^[21]。コドンの性質のため、GC含量が0%や100%に近い状態となることは実質的にはあり得ないが、熱帯熱マラリア原虫では20%以下と非常に低く^[22]、AT含量が多い（つまりGC含量が少ない）生物としてしばしば言及される^[23]。

出典

1. 
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2. 
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3. 
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4. 
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5. 
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6. 
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18. 
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    ^ Whole genome data of "Streptomyces coelicolor" A3(2) on NCBI
    


20. 
    ^ Whole genome data of Saccharomyces cerevisiae on NCBI
    


21. 
    ^ Whole genome data of Arabidopsis thaliana on NCBI
    


22. 
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23. 
    ^ Musto H, Cacciò S, Rodríguez-Maseda H, Bernardi G (1997). “Compositional constraints in the extremely GC-poor genome of Plasmodium falciparum”. Mem. Inst. Oswaldo Cruz 92 (6): 835–41. doi:10.1590/S0074-02761997000600020. PMID 9566216. http://www.scielo.br/pdf/mioc/v92n6/3431.pdf. 
    

外部リンク

• Table with GC-content of all sequenced prokaryotes


• 
  Taxonomic browser of bacteria based on GC ratio on NCBI website.


• Genome Composition Database List of species

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