Excelを
用 いたイデ イオグラム描画 プログラムの開発
高橋 ち ぐさ
Ⅲ
l,岡
野 内
悟
*2The development of an idiogram dra、
ving program as a teaching material
by the use of]巳 xcel
Chigusa Takahashi*1,Satoru Okanouchi*2
キ ー ワー ドIMたrOsoA Exccl,教 材 開発
,相
同染 色 体,イ
デ イオ グ ラムKey words I Microsoft Exccl,dcvclopmcnt of tcaching matcrial,hoコ nologous chromosomcs,idiogram
I
は じめ に ある生物種が, どの ような染色体構成であるか を調べ る場合や,近
縁 ・遠縁 の種 と比較す る場合,染
色 体 の数,長
さ,動
原体 の位 置,付
随体 お よび二次狭窄の有無 ・数 ・位 置等 の核型分析 を行 う。核型 の比較 研 究 には, イデ イオ グラム (Navashitl,1921)がよ く用 い られ る。 イデ イオグラムは,分
裂期 中期 の染色 体 の染色体 長,動
原体 の位 置,付
随体,二
次狭窄の位置等 を模 式 的 に線 または棒形 で表 した もので,単
純 化す るこ とに よ り,長
さと形 に焦点が絞 れて,核
型 の比較 ・検討が容易 になる。 私 たちは,体
細胞核 の2nの
染色体組 は,欠
方,母
方 それぞ れか ら由来 したn個ずつの染色体 に よつて 構成 されて い る とい う事 実 の理解 を図 る とい う視 点 で教材研 究 をお こな ってお り,こ
れ まで に,Fl雑
種 個体 を利用 して,染
色 体構成か ら親個体 の染色体 を判別す る教材 (高橋 ・岡本,2003)や
,DNA染
め分 けによって両親の染色体 を識別す る教材 (高橋,2003)等
の 開発 を試 みて きた。 核型分析 に関す る教材研 究 は,こ
れ まで にい くつか報告 されている (広日,1973;藤
島,1977;飯
塚, 1990)が,い
ず れ も従来 の核型分析方法す なわち写真 か ら切 り抜 い た染色体 を紙 の上 で並べ る方法 を とっ ていて, コ ンピュー タを利用 した ものや,イ デ イオグラム を作 図 させ た報告 は まだ無 い。 本研 究で は,パ
ー ソナルコンピュー タで広 く使 われている表計算 ソフ トMicrOsOA Excclを 使 って、 イデ イ オグラム作成 によ り核型の理解 を図る教材の開発 をお こなった。作業過程 を通 して,該
当種 の染色体数 や, 染色体長,染
色体組 を構成す る染色体 の長 さ・形の変異 の仕 方等,核
型分析がお こなえることは言 うまで *1鳥 取大学教育地域科学部学校教育課程教科教育講座 半2大 島商船 高等専 門学校 電子機械工 学科36
高橋 ち ぐさ 。岡野内 悟:Exc』を用いたイデ イオグラム枯画プログラムの開発 もないが,特
に相 同染色体 の理解 を図 る上で役立つ プログラムを開発 す る とい う視点で臨んだ。 ロ プログラムの概要 柴色体 について(1)体
細胞分裂 中期染色体 の各部分の名称 体細胞分裂 中期染色体 は動原体 (一次狭窄)と
呼 ばれ る くびれの部分で短腕 と長腕 とに分 け られ る。腕の端部付近 に さらに くびれが存在す る場合があ り, これ らは総 じて二次狭窄 と呼ばれるが, この うち仁形成能 を持つ ものは端部付近 に位置す るこ とが多 く,こ
れ よ り末端 の染色体部分 を付随 体 と呼ぶ。(2)動
原体 の位置 による体細胞分裂 中期染色体 の分類 染色体 を識別す る時 に,長
さの要素 とともに,形
が重要 なマーカー となる。染色体の形 の分類基 準 お よび名称 は,Lcvanら (1964)に従 つた。以下 に分類 。名称 を示す。 腕比 (長腕 長/短腕 長)
染色体 の型:
中部動原体型染色体(m)
:
次 中部動原体型染色体 (sm) 3.0∼70 :
次端部動原体型染色体 (st) 7.0∼:
端部動原体型染色体 (t)2
プログラム開発の基本方針 本プログラムは,高
校生,大
学生 を対象に,染
色体や核型の理解 を図る教材 として提供することを 目的 としたものである。 イデ ィオグラム作成過程 を通 して,核
型の理解,中
で も相同染色体の理解 を 深めることがで きるようにするためには,イ デ イオグラム完成 に至るまでのステ ップを大切 にする。 すなわち, 2nの
染色体組 をn組
の相同染色体対 に正 しく分 けるプロセスでは,一
度長 さの順 に自動 的に並べた染色体組 を,使
用者が,染
色体の形 も考慮 して,染
色体並 びサ‖買の入れ替え,染
色体番号の 書 き替えを何度で も繰 り返 しおこなえるようにして,作
業過程 を通 して生徒や学生の相同染色体 に対 する理解 を支援するプログラムを作成する。 一般 に,核
型分析 ならびにイデイオグラム作成 を手作業でお こなう場合,以
下の手順 を経 る。 ① 顕微鏡写真の,一
つの細胞核に含まれる全染色体を切 り抜 く。 ② 切 り抜いた染色体間で長さ・形 (腕比)を
比較 しながら, ピンセット等を使って組み合わせを替 えてみながら2個 ずつ相同染色体を見つけていき,最
終的に,長
いペアから順に並べる。 ③ 染色体を並べる作業 と並行 して,腕
長 (短腕長,長
腕長)を
計測する。 測定値から実長,腕
比等,核
型分析に必要な数値を算出 し,染
色体の特徴を数値化 し,表
にデータ を保存する。 ④ 染色体長と動原体の位置を示す数値に基づいて,相
同染色体 どうしが対をなすように表の染色体 順を並べ替えるとともに,表
から,染
色体の長さおよび形を単純化 したイデイオグラムを作成する。 本プログラムでは,①
および②の過程を省略できるようにする。すなわち,染
色体の入れ替え,並
び替えをコンピュータ上のイディオグラムを使って自在に行えるようにプログラムを設計する。③以 1.0 ^- 17 1.7 ^ヤ 3.0鳥取大学教育地域科学部紀要 教育 。人文科学 第 5巻 第 1号
下 において も
,染
色体長 の計測以外 は,す
べ て コンピュー タ上でお こな う。 プログラム作成 において は,で
きる限 り自動化 を図 り,ユ
ーザ ーの負担 を少 な くす る とともに,計
算 や並べ替 え等 の作業 を迅 速 かつ能率的 にお こなえる ようにす る。 これ まで,手
書 きあ るいは イラス トレー ター等 の作 図 ソフ トを使 って描 いていた イデ イオグラム も
,数
値 デー タか ら自動 的 に描 画 させ る。また
,本
プ ログラムはMicrosoA ExcelのVBAを
使 ってExcclの マ クロ と して作 成 す る。VBAは
VisualBasic Programming Systcm Application Editionの略 で、Excclの マ クロプ ログラム を記述 す るための言語 であるが、WordやAcccssな ど他 の アプ リケー シ ヨンを起動 す る こ とも容 易 で、Windows用 の開発環境 と して人気 の高 いVhual Basた との関連 も深 く、拡張性 も高い。Excclの
VBAを
使 う と,以
下 の利点が ある。 ① もとになる染色体のデータはExcclの表 に入力 されるため、Exccl以外のアプ リケーシ ヨンプログ ラムを必要 とせず、入力 したデータをそのまま扱 える。すなわちExcclが使 えるパ ソコンであれば、 インス トールなどの手間もな くこのプログラムを使 うことがで きる。 ②Excd上
の表データの変更が、その まま反映で きる。すなわち,Excclシ ー トでのデータの並べ替 えや入力数値の変更などが、そのままイデ イオグラムの描画に反映で きる。 ③ イデ イオグラムの編集や印刷の レイアウ トの変更が容易に行 える。 さらに、表示 されたイデ イオ グラムの色や表示位置 を変えた り、 タイ トルをつけた り、文字の大 きさや字体 を変 えるといった操 作が,Excclの 機能を使 っておこなえるので,用
途 に合わせて使用者 自身で容易 に変更可能である。 一方で、VBAマ
クロの編集は、知識 を持 った者は誰で も容易 に行 うことがで きるため、悪意 を持 つユーザがいわゆるマクロウイルスを忍ばせることも可能である。そのため、本 プログラムの起動や 配布の際には、この点について注意 を要する。3
シー トの構成 とマクロの機能 イデ イオグラム作成に使われるシー トは,デ
ータ入力 ・計算 ・並 び替えをおこなう数値データシー トとイデ ィオグラム表示 シー トの2枚
である。数値データシー トの表データに従い,イ
デ イオグラム 表示シー トに染色体模式図であるイデ イオグラムが表示 される。(1)数
値データシー トの働 き 本 シー トは,扱
つた生物種名・採集場所 ・染色体数 ・焼 き付 け倍率記入部分,機
能ボタンお よび 表か ら構成 される。1)数
値データシー トの表 数値データシー トの表は,以
下の項 目・機能 を持つ。 A列「染色体対番号」;
相同染色体対番号で, 2nの
染色体数に対 してn対
の番号が表示 され る。 B列 「仮番号J ;
染色体の長 さ計測作業時の便宜上付けた仮の染色体番号。 C列 「染色体番号 ・以前J ,
「染色体の現在番号Jを
書 き替 えた場合,直
前の状態の染色体呑 号 を表示する。変更部分の確認がで きるので便利であるし、前の状態 に戻 したい時にも有効で ある。並 び替えのたびに自動的に更新する。 D列「染色体番号 ・現在番号」;
使用者が必要に応 じて番号 を書 き替えることがで きる。最終 的な染色体番号 としてイデ イオグラム枯画に用い られる。E,F,C,H列
「計測長」;
付随体長,短
腕長,長
腕長,全
長。付随体長,短
腕長,長
腕長の高橋ちぐさ・岡野内 悟:Excclを用いたイディオグラム描画プログラムの開発 入力 により
,全
長が 自動計算 される。I,J,K列
「実長J ;
計測長 と拡大倍率か ら短腕長 (付随体部 も含む),長
腕長,全
長の実長が 自動的に算出 される。 自動計算の計算 回数は,セ
ルc41こ入力 した染色体数の数値 と連動 させ てあ り,染
色体数だけ繰 り返 される。最大値は,教
材 に用い られる生物種の染色体数を考慮 し, 必要十分 と考えられる64に設定 している。実長の計算式 にはセルc5の 焼 き付 け倍率の値が組 み込 まれる。 L列 「腕比J ;
長腕 と短腕 の長 さの比率 を示す数値 (長腕長 ■短腕長)。 長腕長,短
腕長か ら 自動的に計算 される。M列
「タイプJ ;
動原体の位置 による染色体の型。「腕比」 に基づいてユーザーが入力する。2)数
値データシー トのマクロ ｀ 数値デー タシー トのボタンを左 クリックすることで,次
のVBAマ
クロプログラムを実行で き る。 「実長計算」;
計測長 と焼 き付 け倍率か ら,染
色体の実長を自動計算する。 「仮番号順J ,
シー トを仮番号昇順 に並べ替える。 この機能は,並
べ替え作業 をおこなう前の 初期状態 に戻 したい時にも使 える。 「全長の長い順」;
染色体 を全長降順 に並べ替える。 「染色体番号順J ;
染色体番号 (現在)昇
順 に並べ替える。 「 もどるJ ;
「全長の長い順」や「染色体番号順」に並べ替えたシー トを,直
前の状態 にもど す。番号 を付け違えて も、マクロで並 び替える直前の並 びにもどせる。 「表示確認J ;
既 に描画 されているイデ ィオグラム画面を表示する。 「サ ンプル表示J ;
イデイオグラム描画 を行 う。 (2)イデ ィォグラム表示 シー ト1)染
色体模式図の描画 数値データシー トで選択 した「染色体番号Jの
イディオグラムは,こ
のイデ ィオグラム表示 シー トに, 1行
日の左か ら「染色体番号順」 に描画 される。対 を成す染色体2本
が同 じセルに入るよ うに描画するので,染
色体番号の連続する奇数番 と偶数番の染色体が同 じセルに描かれることに なる。描画 した染色体対の直下のセルには,対
番号 を示す数字が 自動的に付記 される。2)イ
デ ィオグラム表示 シー トのマクロ イデ イオグラム表示 シー トのボタンを左 クリックすることで,次
のVBAマ
クロプログラムを 実行で きる。 「表示 クリアJ ;
枯画 した染色体の図をすべて消す。4
イデ ィオグラム作成作業の流れ イデ イオグラム作成作業の流れは次 の とお りである。①
細胞核内の全染色体が写つている顕微鏡写真を準備。各染色体の腕長の測定。
②
プログラムの起動。
③
染色体数および染色体拡大倍率の入力。
④
染色体の短腕長
,付
随体長および長腕長
(mm)の
入力。
⑤ ⑥ ⑦ ③ ③ ⑩ ① 鳥取大学教育地域科学部紀要 教育 。人文科学 第 5巻 第 1号
39
染色体 の実長 を計算 (「実長計 算」 マ クロ実行)。 染色体 に番号 を付 ける (「全長 の長い順」マ クロ実行)。 イデ イオ グラム描 画 (「サ ンプル表示」 マ クロ実行)。 相 同染色体対 の検討 (「表示確 認」 マ クロ実行)。 染色体番号 の付 け替 え。 染色体 の並 び替 え (「染色体番号順Jマ
クロ実行)。 イデ イオ グラム描画 (「サ ンプル表示」 マ クロ実行)。 ・・・必要により③から① を繰 り返す 。・・ 染色体の タイプ等 を入力 して数値データ表を完成。必要により印刷。 必要によリイデ イオグラム表示 シー トを編集,印
刷。13
⑫ ⑬ キ ツネノボ タン体細胞分裂 中期染色体像。 ス ケールは10μm(藤
島1988よ り) 各染色 体 に仮番号 を付 記 してあ る。 Ⅲ 実行例 作業実行例 を以下 に示す。染色体写真 には,キ
ツネノボ タン (2n=16)の体細 胞分 裂 中期 染色体 組 を用 いた。図1に,顕
微 鏡写真像 を示 す。写真 中の数字 は,各
染色体 に付 けた「仮番号」 である。バーは10μmを
示す。(1)数
値入力,計
算, イデイオグラム枯画 ① 数値データシー ト(図2)へ
,染
色体数 (C4セル;黄色)と
染色体拡大倍率 (焼き付け倍率) (C5セル;黄色)を
それぞれ入力する。 ② 「仮番号」順に,各
染色体について,「付随体」,「短腕」,「長腕」の計測長(llun)を,E列 ,F列
, G列 (黄色)へ
それぞれ入力する。 ③ 計測長の入力に伴い,染
色体の「全長」(H列 ;オレンジ色)が
逐次, 自動計算される。 ④ すべての計測値の入力が終了 したら,「実長計算Jマ
クロボタンをクリックする。すると,染
色 体の実際の長 さ (μm)が
自動計算・表示される(I,J,K列
;ピ ンク色)(図
3)。 図 1高橋 ち ぐさ 。岡野内 悟:Exc劇を用いたイデ イオグラム描画プログラムの開発 ⑤ 「全長の長い順
Jボ
タンをクリックし,染
色体の長い順 にソー トする。 この際,「染色体番号・ 現在」セル (D列 ;緑 色)に
昇順 に番号が 自動入力 される。 この操作で,こ
れまで仮番号で扱 われ ていた個 々の染色合 に「染色体番号Jが
冠 される (図 4)。 ⑥ 描画 したい染色体 を選択する。すなわち,「染色体番号 ・現在」セルを選択 し、「サ ンプル表示」 ボタンをクリックする。染色体番号は,一
度 に 1つ で も,ま
とまった複数範囲で も選択可能である。 ⑦ イデ イオグラム描画 :「 サ ンプル表示」 ボタンをクリックすると,「希望の染色体番号 を選 んで い ますか」 と尋ねるダイアログボ ックスが現れる。はい(Y)を選択すると,イ
デ ィオグラム描画画 面 に変わる。 まず,描
画対象の染色体が緑色で表示 された後,ダ
イアログボ ックスが現れて,「こ の染色体で よろ しいですかJと
尋ねる。はい(Y)を選択する と,描
画 された染色体は緑色か ら赤色 表示に変わ り,描
画が完了 したことを示す。複数の染色体 についてイデ ィオグラム描画 をおこなう 場合には,選
択 した染色体の数だけ連続 して操作が繰 り返 され,イ
デ ィオグラム描画が進行する。 描画中の染色体 は,す
でに確定 した他の染色体 (赤色)と
区別で きるように,緑
色で表示 される (図 5)。 ① イデ イオグラム描画が終了 した ら,現
在位置が描画画面であればそのまま,数
値データシー トで あれば「表示確認」ボタンでイデ ィオグラム描画画面 を表示 し,描
画結果を観察 し,す
べての染色 体対が,正
しく相同染色体 どうしで構成 されているか どうかを検討する。染色体組の中に,長
さで はあまり差が無いが形が異なる染色体,す
なわち腕比が異 なる染色体がある場合,染
色体長だけに 基づいて自動的に並べると,腕
比の異なる2個の染色体が相同染色体 として組み合わされて しまう ことがある。そこで,イ
デ ィオグラム表示 をよく見て,染
色体の入れ替えが必要かどうか,ま
た必 要であるとしたらそれはどの染色体かを判断する。 ③ 染色体並び順の入れ替えが必要な場合は,数
値データシー トヘ戻 り,入
れ替 えが必要な染色体 に ついて「染色体番号 。現在Jセ
ルの数値 を書 き替える。 この番号はイデイオグラム枯画時の染色体 番号 に対応 させてあるので,デ
ータシー トの数値の書 き替えをおこなうことで,イ
デイオグラム描 画位置 も入れ替わる しくみになっている。実行例の場合は,第
3対
日(5, 6番
目)の
染色体 と4 対 目(7, 8番
目)の
染色体が,長
さデータだけでは相同染色体 どうしが正 しく対 をなさないので,5, 6, 7番
の染色体番号 を入れ替えた。 ⑩ 「染色体番号順」 ボタンをクリックし,「染色体番号・現在」'を昇順 に並べ替える。実行例の場 合,「全長の長い順」で5, 6, 7番
の染色体番号 を付 け替 えたが,数
値 データシー トの「染色体 番号 。以前」の項の並 び順で確認で きる (図7,C・
D列参照)。 ⑦ ∼⑩ を繰 り返 して,イ
デ ィオグラムを完成する (図 6)。 出力 イデイオグラム (図6),数
値データシー ト(図7)と
もに,必
要に応 じてプリンタ出力する。g К l■ _I H I ２ 下 Ｔ 丁 丁 〒
牌
欄一帥
．酌一熱
機一帥
一 一
票 罵 憶 ￨ ￨―甲製
墓
搭 ｇ 農 ﹄ 棄 群 張働 号 け隧條 題 醜 実 I 26 製 i正】 Ir票理雪講雰 図2
初期状態の数値データシー ト画面例。 鳥取大学教育地域科学部紀要 教育 。人文科学 第 5巻 第 1号 2C I . : ユ ' 1 1 1 - ▼￨ 図3
実長の自動計算が終了 した状態の数値データシー ト画面例。 41ゴ塑
ヨ
∃
︲
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・
一
蜘
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鶴
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種名iキッネツボ″ i 採集場所:松山市 '望
∃
図4
染色体長の長い順 に並 び替えた状態の数値データシー ト画面例。高橋 ちぐさ・岡野内 悟:Excelを用いたイデイオグラム描画 プログラムの開発
図
5
イデイオグラム描画中の表示 シー ト画面例。描 き終わった染色体 は赤で,現在描画中の染色体は緑で表示 される。
日
101 D IEI F IGI H
」 IКI L IMI N I□
￨・砕 ￨口I R
表示
'リ
ア
図6
完成 したイデ イオ グラム (染色体数2n=16)画
面例 。■
■
■
■
ｒ
採
集
寺
畢
滸
魅
解
ボ
タ
ン
i 染色体数跡:16 焼き付け倍率'3500
真長計重i型
壷 」 謡
劃
Ｉ ・ ・ ︰ ・ ・ 図7
作業が完了 した数値データシー ト画面例。鳥取大学教育地域科学部紀要 教育・人文科学 第 5巻 第 1号 Ⅳ おわ りに これ まで
,核
型分析作業 とコンピュー タとの関わ りは,Excclを利用 して,今
回作成 した数値 デー タシー トの表 にあたる部分 のデー タ処理 を容易 にす るとい う程度であ つた。核型分析時の イデ イオグラム作成 は, 時 間 と労力 を要す る作 業 であ るため, コ ンピュエ タ上で イデ ィオグラムが作 図で きる教材 開発が実現 した こ とで,生
徒 ・学生 が,手
軽 にイデ イオ グラム作成作業 をお こな える ようになった。 一般 に,生
物 の染色 体組 は,両
親 か ら半数(n)ず
つ 由来 した染色体 によ り構成 されているためn組
の 相 同染色体 か らなっている とい うことを,作
業 を通 じて視 覚 的 には っ き りととらえ させ たい と考 え,こ
れ を支援す るプログラム作成 を念頭 においた。 よって,プ
ログラムは,正
しく相 同染色体が組み合 わせ られ る まで,何
度 で も,容
易 に染色体 の並 び順 の入れ替 え ・イデ イオ グラム作 図がで きる もの を目論 んだ。本 プログラムは,デ
ー タ表か ら通 リー通 にイデ イオグラム を作 図す る とい うのではな く,選
択 した任 意の染 色体が描 ける機能や,一
度作 図 した結果 を検討 し,一
部 の染色体並 び順 を入れ替 えた改訂版 が容易 に作 図 で きる機能 な どを持 ち,目
的 を十分満 たす ものが開発 で きた と考 える。 日常的 に核型 を専 門に扱 う研究者 は別 として,染
色体 について学習の浅い生徒 ・学生の場合は,デ
ー タ シー トの数値 を見 ただけで,相
同染色体対 を正 しく組み合 わせ ることは難 しい。 そ こで,本
プログラムの 持 つ “イデ イオグラム表示 を見 て染色体対 を検討 し,デ
ー タシー トで染色体対 の組み替 えをお こな う"と
い うこれ まで に例 を見 ない機能 には,特
に,学
習時の実施効果 が期待 され る。 今後 は,基
本方針 は この ままに,写
真 に焼 き付 け した染色体 を計測 す る とい うプロセス を,コ
ンピュー タ画面上で,画
像 と して処理す る方法 で,核
型分析 プログラム作成 をお こな う予定であ る。 附記 本 ソフ トを,希
望 され る方 に配布 いた します。使用 を希望 される方 は,筆
者 まで ご連絡下 さい。 参考文献 藤 島弘純 (1977).ヌマ ム ラサキツユ クサの体細胞分裂 と減数分裂.教
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