恐竜型股関節とトカゲ型股関節の形態差を生ずる機構の解明

• Project/Area Number: 15J06859
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Research Field: Developmental biology
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 江川 史朗 東北大学, 生命科学研究科, 特別研究員(DC1)
• Project Period (FY): 2015-04-24 – 2018-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2017)
• Budget Amount: ¥3,400,000 (Direct Cost: ¥3,400,000); Fiscal Year 2017: ¥1,100,000 (Direct Cost: ¥1,100,000); Fiscal Year 2016: ¥1,100,000 (Direct Cost: ¥1,100,000); Fiscal Year 2015: ¥1,200,000 (Direct Cost: ¥1,200,000)
• Keywords: 恐竜 / 股関節 / 発生 / 進化 / 骨格 / 形態形成 / 発生生物学 / 自律性 / 組織間相互作用 / evo-devo

Outline of Annual Research Achievements

本研究では股関節の骨盤側の構造(寛骨臼)が、どのような発生過程の変更で恐竜タイプへ進化したのかを明らかにする。この恐竜タイプの寛骨臼は鳥類まで引き継がれているので、恐竜タイプの寛骨臼の発生を理解する為にニワトリを、祖先状態を理解する為にヤモリ・カメを用いた。
昨年度までの進捗では、鳥類の骨盤原基は“爬虫類”のそれよりも何かしらの分泌因子(大腿骨原基もしくは周囲の間充織細胞interzoneから由来)に対して応答性が高く、これが恐竜タイプの寛骨臼の形成の原因であることが示唆されていた。本年度は、候補遺伝子の発現解析や候補遺伝子を発現した細胞の移植などにより、上記の機構を分子メカニズムのレベルまで明らかにした。結果として、鳥類の骨盤原基は“爬虫類”のそれに比べ、Wntシグナル経路に対して敏感に応答することが明らかになった。
また、新たにリムレス変異体というニワトリ変異体を米国のリソースセンターより導入した。本変異体では骨盤はあるものの大腿骨は発生しない。本変異体の表現型を観察したところ、寛骨臼には孔が存在し、股関節にはWnt経路のライガンドも発現していた。
上記の結果をもって、恐竜は骨盤原基がWntに対して高応答になったことで恐竜タイプの寛骨臼を獲得したと仮説した。最後に、文献調査により、上記の仮説と化石記録の整合性を検証し、不整合な部分に関しては補助仮説を導入した。
以上の内容を博士論文としてまとめ、その一部を学術雑誌に投稿した。

Research Progress Status

29年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

29年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Flight feather development: its early specialization during embryogenesis (2018)
  • Author(s): Kondo Mao、Sekine Tomoe、Miyakoshi Taku、Kitajima Keiichi、Egawa Shiro、Seki Ryohei、Abe Gembu、Tamura Koji
  • Journal Title: Zoological Letters Volume: 4 Issue: 1
  • DOI: 10.1186/s40851-017-0085-4
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] 1.Anatomical integration of the sacral-hindlimb unit coordinated by GDF11 underlies variation in hindlimb positioning in tetrapods. (2017)
  • Author(s): Matsubara Y., Hirasawa T., Egawa S., Hattori A., Suganuma T., Kohara Y., Nagai T., Tamura K., Kuratani S., Kuroiwa A., Suzuki T
  • Journal Title: Nature Ecology and Evolution Volume: １ Issue: 9 Pages: 1392-1399
  • DOI: 10.1038/s41559-017-0247-y
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Functional roles of Aves class-specific cis-regulatory elements on macroevolution of bird-specific features (2017)
  • Author(s): Seki, R., Li, C., Fang, Q., Hayashi, S., Egawa, S., Hu, J., Xu, L., Pan, H., Kondo, M., Sato, T., Matsubara, H., Kamiyama, N., Kitajima, K., Saito, D., Liu, Y., Gilbert, M.T.P., Zhou, Q., Xu, X., Shiroishi, T., Irie, N., Tamura, K., and Zhang, G.
  • Journal Title: Nature Communications Volume: 8 Issue: 1 Pages: 14229-14229
  • DOI: 10.1038/ncomms14229
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Presentation] 実験発生学的観点からの恐竜研究 (2017)
  • Author(s): 江川史朗、阿部玄武、田村宏治
  • Organizer: 日本古生物学会 第166回例会
  • Place of Presentation: 早稲田大学 (東京都 新宿区)
  • Year and Date: 2017-01-27
• [Presentation] 動物の胚を用いた寛骨臼形態形成の基礎研究：先天性疾患・進化への洞察 (2017)
  • Author(s): 江川史朗
  • Organizer: 第44回日本股関節学会
• [Presentation] 絶滅動物の発生様式の推論 (2017)
  • Author(s): 江川史朗
  • Organizer: 第11回生物学基礎論研究会
• [Presentation] 恐竜型股関節の獲得過程の復元：実験発生学的観点から (2017)
  • Author(s): 江川史朗*、阿部玄武、齋藤大介、田村宏治
  • Organizer: 日本進化学会大19回大会
• [Presentation] The evolution of acetabular morphogenesis on the line to extant birds (2017)
  • Author(s): 江川史朗*、阿部玄武、齋藤大介、田村宏治
  • Organizer: the 50th annual meeting of the Japanese Society of Developmental Biologists (JSDB), cosponsored by APDBN（第50回日本発生生物学会年会）
• [Presentation] Acquisition of novel cis-regulatory elements behind the evolutionary innovations of birds (2016)
  • Author(s): 関亮平、Cai Li、林真一、近藤眞央、佐藤智彦、松原遼、江川史朗、北嶋慶一、齋藤大介、入江直樹、Guojie Zhang、田村宏治、城石俊彦
  • Organizer: 第22回国際動物学会 第87回日本動物学会 合同大会
  • Place of Presentation: 沖縄科学技術大学院大学および沖縄コンベンションセンター (沖縄県 国頭郡および宜野湾市)
  • Year and Date: 2016-11-14
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Inference for the acquisition of a dinosaur-type acetabulum (2016)
  • Author(s): 江川史朗、阿部玄武、田村宏治
  • Organizer: 第22回国際動物学会 第87回日本動物学会 合同大会
  • Place of Presentation: 沖縄科学技術大学院大学および沖縄コンベンションセンター (沖縄県 国頭郡および宜野湾市)
  • Year and Date: 2016-11-14
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 恐竜の系統における股関節の形態形成機構の進化 (2016)
  • Author(s): 江川史朗
  • Organizer: 第9回Evo-Devo青年の会
  • Place of Presentation: 岡崎コンファレンスセンター (愛知県 岡崎市)
  • Year and Date: 2016-06-25
• [Presentation] The inference about transition of hip joint morphogenesis in the dinosaurian lineage (2016)
  • Author(s): 江川史朗*、阿部玄武、田村宏治
  • Organizer: Avian Model Systems 9
  • Place of Presentation: 中央研究院 (台北, 台湾)
  • Year and Date: 2016-03-28
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 恐竜の股関節形態の形成機構の推論 (2015)
  • Author(s): 江川史朗*、阿部玄武、田村宏治
  • Organizer: 日本動物学会第86回大会2015
  • Place of Presentation: 朱鷺メッセ新潟コンベンションセンター (新潟)
  • Year and Date: 2015-09-17
• [Presentation] 恐竜の股関節形態の形成機構の推論 (2015)
  • Author(s): 江川史朗*、阿部玄武、田村宏治
  • Organizer: 日本進化学会第17回東京大会
  • Place of Presentation: 中央大学後楽園キャンパス (東京)
  • Year and Date: 2015-08-20
• [Presentation] 恐竜の股関節形態の形成機構の推論 (2015)
  • Author(s): 江川史朗*、阿部玄武、田村宏治
  • Organizer: 第５回Tokyo Vertebrate Morphology Meeting
  • Place of Presentation: 東京慈恵会医科大学 南講堂 (東京)
  • Year and Date: 2015-08-11