Development of the olfactory system in turtles

• Project/Area Number: 17K08120
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Research Field: Integrative animal science
• Research Institution: Iwate Medical University (2019); Iwate University (2017-2018)
• Principal Investigator: Nakamuta Shoko 岩手医科大学, 歯学部, 技術員 (70724532)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 谷口 和美 北里大学, 獣医学部, 准教授 (00171843) ; 横須賀 誠 日本獣医生命科学大学, 獣医学部, 教授 (90280776) ; 中牟田 信明 岩手大学, 農学部, 准教授 (00305822)
• Project Period (FY): 2017-04-01 – 2020-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2019)
• Budget Amount: ¥4,810,000 (Direct Cost: ¥3,700,000、Indirect Cost: ¥1,110,000); Fiscal Year 2019: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000); Fiscal Year 2018: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000); Fiscal Year 2017: ¥2,340,000 (Direct Cost: ¥1,800,000、Indirect Cost: ¥540,000)
• Keywords: 発生・分化 / 嗅覚系 / カメ / 爬虫類 / in situ ハイブリダイゼーション / 嗅上皮 / 鋤鼻器 / 嗅覚器 / 解剖学 / 獣医学 / 嗅覚

Outline of Final Research Achievements

In general, turtle olfactory organs consist of the upper chamber epithelium (UCE) detecting air-borne odorants and lower chamber epithelium (LCE) detecting water-borne odorants. The size ratio between them varies depending on their habitats. In this study, we found expression of Bcl11b in the UCE, Fezf2 in the LCE, and Fezf1 in both epithelia in the olfactory organ of turtle embryos, and compared their gene expression among aquatic, terrestrial and semi-aquatic turtles. It has been shown that difference in the size ratio of both epithelia depending on the habitats occurred from the early stage of embryonic development.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

脊椎動物は進化の過程で水中から陸上へと生息環境を変えるのに伴い、その嗅覚系は水のにおいを受容するものから、空気中のにおいを受容するためのものへと変化した。本研究で水生・陸生・半水生カメの嗅覚系の発生過程を比較することにより、生息環境に応じた嗅覚系の多様性が生じるメカニズムの一端が明らかになった。この結果は脊椎動物における嗅覚系の進化を解明する手掛かりになることが期待される。

Research Products

• [Journal Article] Immunohistochemical analysis of the development of olfactory organs in two species of turtles Pelodiscus sinensis and Mauremys reevesii. (2018)
  • Author(s): Nakamuta S, Kusuda S, Yokosuka M, Taniguchi K, Yamamoto Y, Nakamuta N.
  • Journal Title: Acta Histochemica Volume: 120 Issue: 8 Pages: 806-813
  • DOI: 10.1016/j.acthis.2018.09.003
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] 主嗅覚系と鋤鼻系 (2020)
  • Author(s): 中牟田祥子、中牟田信明
  • Organizer: 第125回日本解剖学会総会・全国学術集会（誌上開催） 企画シンポジウム
  • Invited
• [Presentation] スッポンモドキ嗅覚器の構造―Bcl11bとFezf2遺伝子発現解析 (2019)
  • Author(s): 中牟田祥子、加藤英明、谷口和美、横須賀誠、山本欣郎、中牟田信明
  • Organizer: 第162回日本獣医学会
• [Presentation] Immunohistochemical and gene expression analyses in the olfactory organ of embryonic and neonatal African spurred tortoise (2019)
  • Author(s): Shoko NAKAMUTA, Hideki NODA, Makoto YOKOSUKA, Kazumi TANIGUCHI, Yoshio YAMAMOTO, Nobuaki NAKAMUTA
  • Organizer: The 7th Congress of Asian Association of Veterinary Anatomists
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] カメの嗅覚器における転写因子Bcl11bの発現解析 (2019)
  • Author(s): 中牟田祥子、加藤英明、谷口和美、横須賀誠、山本欣郎、中牟田信明
  • Organizer: 第124回日本解剖学会
• [Presentation] カメ胚嗅覚器における転写因子Fezf2の発現 (2018)
  • Author(s): 中牟田祥子、加藤英明、野田英樹、谷口和美、横須賀誠、山本欣郎、中牟田信明
  • Organizer: 第161回日本獣医学会
• [Presentation] Analysis of the Fezf1 and Fezf2 expression in the olfactory organ of chick embryos. (2017)
  • Author(s): Nakamuta, S., Araki, I., Yamamoto, Y. and Nakamuta N.
  • Organizer: The 6th Congress of Asian Association of Veterinary Anatomists.
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] カメ胚嗅覚器における転写因子Fezf1の発現：カメの下憩室上皮は鋤鼻器か嗅上皮か (2017)
  • Author(s): 中牟田祥子、加藤英明、野田英樹、谷口和美、横須賀誠、山本欣郎、中牟田信明
  • Organizer: 第160回日本獣医学会学術集会