Determination of the animal-vegital and left-right axes using a simple chordate, Oikopleura dioica.

• Project/Area Number: 18K06256
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 44020:Developmental biology-related
• Research Institution: Kagoshima University (2021); Osaka University (2018-2020)
• Principal Investigator: Onuma Takeshi 鹿児島大学, 理工学域理学系, 准教授 (30632103)
• Project Period (FY): 2018-04-01 – 2022-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2021)
• Budget Amount: ¥4,420,000 (Direct Cost: ¥3,400,000、Indirect Cost: ¥1,020,000); Fiscal Year 2020: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000); Fiscal Year 2019: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000); Fiscal Year 2018: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
• Keywords: オタマボヤ / 脊索動物 / 動植軸 / 左右軸 / Nodal / Bmp / 母性mRNA / 進化 / 左右 / 左右非対称性 / 背腹 / Ca2+ / 母性因子 / 局在mRNA / 左右性 / イメージング

Outline of Final Research Achievements

An important question in developmental biology is how embryonic axes (animal-vegital (AV)-axis, the axis perpendicular to the AV-axis, and the left-right (LR)-axis) are formed during embryogenesis. In this study, we investigated the (1) AV-axis and (2) LR-axis by taking advantages of a small chordate, Oikopleura dioica, as an experimental animal.
(1) AV-axis. Maternal mRNAs localizing in the posterior part of the vegital hemisphere were found. These maternal mRNAs are concentrated to the vestigial pole region of unfertilized eggs. Furthermore, we found that the vegital mRNA localization was established during oogenesis in the ovary.
(2) LR-axis. In O. dioica, the nerve cord is located on the left, not dorsal, side of the tadpole larvae. We found that this animal lacks Nodal, but utilizes right-sided Bmp expression for LR patterning. O. dioica can be serve as an example that the dorsal-ventral axis formation via Bmp expression can induce a 90°rotation for LR-patterning.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

脊索動物のオタマボヤを活かして、発生学の命題の1つである胚軸の決定機構の理解に貢献した。たとえば (1) 動植軸はすべての動物で未受精卵から存在する。12時間という卵形成の短さを活用することで、卵母細胞の対称性が破られるしくみ、すなわち母性mRNAがいつ、どのように動植軸にそって局在するのかを明らかにした。(2) 左右軸についても、110年前にH.C. Delsman博士が記載した現象を掘り起こし、「Bmpによる背腹形成を転用した左右形成」という概念を提唱した。
このように、独自に開発した「単純な体の脊索動物」を活用して、発生学の新しい研究領域を開拓した。

Research Products

• [Journal Article] Germline development during embryogenesis of the larvacean, Oikopleura dioica. (2022)
  • Author(s): Nishida, H., Matsuo, M., Konishi, S., Ohno, N., Manni, L., and Onuma T.A.
  • Journal Title: Devevalopmental Biology Volume: 481 Pages: 188-200
  • DOI: 10.1016/j.ydbio.2021.10.009
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Developmental biology of the larvacean Oikopleura dioica : Genome resources, functional screening, and imaging (2022)
  • Author(s): Onuma, T. A. and Nishida, H.
  • Journal Title: Dev. Growth Differ. Volume: 64 Issue: 1 Pages: 67-82
  • DOI: 10.1111/dgd.12769
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Nkx2-1 and FoxE regionalize glandular (mucus-producing) and thyroid-equivalent traits in the endostyle of the chordate Oikopleura dioica. (2021)
  • Author(s): Onuma TA*, Nakanishi R, Sasakura Y and Ogasawara M*
  • Journal Title: Developmental Biology. Volume: 477 Pages: 219-231
  • DOI: 10.1016/j.ydbio.2021.05.021
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Massive gene loss and function shuffling in appendicularians stretch the boundaries of chordate Wnt family evolution (2021)
  • Author(s): Marti-Solans, J., Godoy, H., Diaz-Gracia, M., Onuma, T., Nishida, H., Albalat R., and Canestro, C.
  • Journal Title: Frontiers Cell Dev. Biol. Volume: 9 Pages: 700827-700827
  • DOI: 10.3389/fcell.2021.700827
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] オタマボヤの口形成にともなう外胚葉と内胚葉との接続. (2021)
  • Author(s): 小沼健*, 森田遼
  • Journal Title: 比較内分泌学. Volume: 174
• [Journal Article] 日本系オタマボヤのゲノムデータベースとY特異的領域. (2021)
  • Author(s): 小沼健*, 戸村亮
  • Journal Title: 比較内分泌学. Volume: 172 Pages: 28-30
• [Journal Article] Mouth opening is mediated by separation of dorsal and ventral daughter cells of the lip precursor cells in the larvacean, Oikopleura dioica. (2020)
  • Author(s): Morita, R., Onuma, T.A., Manni, L., Ohno, N., Nishida, H.
  • Journal Title: Dev. Genes Evol. Volume: 230 Issue: 5-6 Pages: 315-327
  • DOI: 10.1007/s00427-020-00667-4
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] A genome database for a Japanese population of the larvacean Oikopleura dioica. (2020)
  • Author(s): Wang, K., Tomura, R., Chen, W., Kiyooka, M., Ishizaki, H., Aizu, T., Minakuchi, Y., Seki, Yutaka Suzuki, M., Omotezako, T., Suyama, R., Masunaga, A., Plessy, C., Luscombe, N.M., Dantec, C., Lemaire, P., Itoh, T., Toyoda, A., Nishida, H., and Onuma, T.A.
  • Journal Title: Dev. Growth Differ. Volume: 62 Issue: 6 Pages: 450-461
  • DOI: 10.1111/dgd.12689
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Protein phosphatase 2A is essential to maintain meiotic arrest, and to prevent Ca2+ burst at spawning and eventual parthenogenesis in the larvacean Oikopleura dioica. (2020)
  • Author(s): Matsuo M, Onuma TA, Omotezako T and Nishida N
  • Journal Title: Developmental Biology. Volume: 460(2) Issue: 2 Pages: 155-163
  • DOI: 10.1016/j.ydbio.2019.12.005
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] A chordate species lacking Nodal utilizes calcium oscillation and Bmp for left-right patterning. (2020)
  • Author(s): Onuma, T.A., Hayashi, M., Gyoja, F., Kishi, K., Wang, K., Nishida, H.
  • Journal Title: Proc. Natl. Acad. Sci. USA. Volume: 117 Issue: 8 Pages: 4188-4198
  • DOI: 10.1073/pnas.1916858117
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] ANISEED 2019: 4D exploration of genetic data for an extended range of tunicates. (2020)
  • Author(s): Dardaillon J, Dauga D, Simion P, Faure E, Onuma TA, DeBiasse M, Louis A, Nitta N, Naville M, Besnardeau L, Reeves W, Wang K, Fagotto M, Gueroult-Bellone M, Fujiwara S, Dumollard R, Veeman M, Volff JN, Roest Crollius H, Douzery E, Ryan J, Davidson B, Nishida H, Dantec C and Lemaire P
  • Journal Title: Nucleic Acids Research. Volume: 48(D1)
  • DOI: 10.1093/nar/gkz955
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] 特殊な現象の壁を越える～「最も単純な体の脊索動物」オタマボヤから見出した新しい遺伝子阻害現象 (DNAi)と左右非対称形成～ (2020)
  • Author(s): 小沼健*
  • Journal Title: Comparative Endocrinology Volume: 46 Issue: 170 Pages: 85_2-87
  • DOI: 10.5983/nl2008jsce.46.85_2
  • NAID: 130007854012
  • ISSN: 1882-6636, 1882-6644
• [Journal Article] 体の左右はどのようにできるのか？-オタマボヤの左右非対称性を探る. (2020)
  • Author(s): 小沼健*
  • Journal Title: academist Journal. Volume: 0 Pages: 0-0
• [Journal Article] オタマボヤ未受精卵の減数分裂停止をになう脱リン酸化酵素PP2Aの役割 (2020)
  • Author(s): 小沼健*, 松尾正樹
  • Journal Title: Comparative Endocrinology Volume: 46 Issue: 171 Pages: 117-119
  • DOI: 10.5983/nl2008jsce.46.117
  • NAID: 130007927365
  • ISSN: 1882-6636, 1882-6644
• [Journal Article] 体の左右はどのようにできるのか？-オタマボヤの左右非対称性を探る (2020)
  • Author(s): 小沼健
  • Journal Title: academist Journal (invited) Volume: -
• [Journal Article] 特殊な現象の壁を越える:「最も単純な体の脊索動物」オタマボヤから見出した新しい遺伝子阻害現象 (DNAi)と左右非対称形成 (2020)
  • Author(s): 小沼健
  • Journal Title: 比較内分泌学 (invited) Volume: -
  • NAID: 130007854012
• [Journal Article] Mother-to-embryo vitellogenin transport in a viviparous teleost Xenotoca eiseni (2019)
  • Author(s): Iida Atsuo、Arai Hiroyuki N.、Someya Yumiko、Inokuchi Mayu、Onuma Takeshi A.、Yokoi Hayato、Suzuki Tohru、Hondo Eiichi、Sano Kaori
  • Journal Title: Proceedings of the National Academy of Sciences Volume: 116 Issue: 44 Pages: 22359-22365
  • DOI: 10.1073/pnas.1913012116
  • NAID: 120006731188
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Wavy movements of epidermis monocilia drive the neurula rotation that determines left-right asymmetry in ascidian embryos. (2019)
  • Author(s): Yamada, S., Tanaka, Y., Imai, K.S., Saigou, M., Onuma, T.A., and Nishida, H.
  • Journal Title: Dev. Biol. Volume: 印刷中 Issue: 2 Pages: 173-182
  • DOI: 10.1016/j.ydbio.2018.07.023
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 母性因子の大規模な母性因子の大規模な機能的スクリーニングを可能にする新しい脊索動物. (2019)
  • Author(s): 小沼健, 松尾正樹
  • Journal Title: Medical Science Digest (invited) Volume: 6 Pages: 42-43
• [Journal Article] 二本鎖DNAによる新規の遺伝子ノックダウン現象 (DNAi): ガイド鎖と核酸分解酵素Argonauteからそのしくみに迫る. (2018)
  • Author(s): 小沼健, 塚田かすみ, 西田宏記
  • Journal Title: 日本応用酵素協会誌. Volume: 52 Pages: 11-18
• [Journal Article] オタマボヤの発生学を開拓する:「単純な体の脊索動物」という個性を活かす試み. (2018)
  • Author(s): 小沼健, 松尾正樹, 西田宏記
  • Journal Title: 実験医学. Volume: 36 (6) Pages: 1021-1025
  • Peer Reviewed
• [Presentation] オタマボヤをもちいて、体づくりのしくみを学ぶ. (2021)
  • Author(s): 小沼健.
  • Organizer: 日本動物学会 日本生態学会 九州沖縄植物学会 合同鹿児島例会
  • Invited
• [Presentation] 1世紀前の謎を解く-「最も単純な体の脊索動物」脊索動物オタマボヤをもちいて左右形成の新しい領域を開拓する. (2021)
  • Author(s): 小沼健.
  • Organizer: 2021年度動物学会中部支部大会 富山大会
  • Invited
• [Presentation] オタマボヤのハウス形成:セルロース繊維をもちいた形づくり. House construction with cellulose fibers in the larvacean, Oikopleura dioica. (2021)
  • Author(s): 小沼健, 山崎慎太郎, 秋山正和, 西田宏記.
  • Organizer: 日本動物学会第92回大会, 第39回ホヤ談話会
  • Invited
• [Presentation] オタマボヤのハウス建築: 動物性セルロースを用いた形づくり. (2021)
  • Author(s): 小沼健.
  • Organizer: 第6回ユニーク会
• [Presentation] オタマボヤ内柱における分泌関連および甲状腺関連形質の領域化. Regionalization of glandular and thyroid-equivalent traits in the endostyle of Oikopleura dioica. (2021)
  • Author(s): 小沼健, 中西梨奈, 笹倉靖徳, 小笠原道生.
  • Organizer: 日本動物学会第92回大会
• [Presentation] カタユウレイボヤ幼若体における内柱の領域化と細胞分化. Regionalization and differentiation of endostyle cells in the juvenile of Ciona intestinalis. (2021)
  • Author(s): 山岸雅幸, 小沼健, 笹倉靖徳, 小笠原道生.
  • Organizer: 日本動物学会第92回大会
• [Presentation] 原索動物の内柱における vWF 様遺伝子群の収斂的発現. Convergent expression of vWF-like genes in the protochodate endostyle. (2021)
  • Author(s): 板山紘典, 山岸雅幸, 小沼健, 笹倉靖徳, 小笠原道生.
  • Organizer: 日本動物学会第92回大会
• [Presentation] Transcriptomic analyses of the fast-developing chordate, Oikopleura dioica, uncover re-organization of transcription factors functioning in early embryos and the animal-vegetal axis specification. (2021)
  • Author(s): Kai Wang, Ritsuko Suyama, Nakako Mizutani, Masaki Matsuo, Yu Peng, Masahide Seki, Yutaka Suzuki, Nicholas M. Luscombe, Christelle Dantec, Patrick Lemaire, Atsushi Toyoda, Hiroki Nishida and Takeshi A. Onuma*
  • Organizer: 第54回日本発生生物学会
• [Presentation] オタマボヤをもちいて左右形成の新しい研究領域を開拓する. (2020)
  • Author(s): 小沼健.
  • Organizer: 生物科学セミナー（大阪，大阪大学）
  • Invited
• [Presentation] 動物繊維によるハウスの3D建築. (2020)
  • Author(s): 小沼健.
  • Organizer: 学術変革領域 (A) 「からだ工務店」第一回領域会議
  • Invited
• [Presentation] House construction with animal fibers in the larvacean, Oikopleura dioica 動物繊維をもちいたオタマボヤの「ハウス」建築 (2020)
  • Author(s): Onuma TA, Akiyama M, Yamasaki S, Kondo S, and Nishida H.
  • Organizer: 第43回日本分子生物学会年会 ワークショップ
  • Invited
• [Presentation] 2020年度 日本動物学会奨励賞 受賞者講演「脊索動物オタマボヤを活かした発生学の展開」 (2020)
  • Author(s): 小沼健.
  • Organizer: 日本動物学会、第91回大会
  • Invited
• [Presentation] 脊索動物オタマボヤをもちいて左右形成の新しい領域を開拓する. (2020)
  • Author(s): 小沼健, 西田宏記.
  • Organizer: 第5回 ホヤ研究会
• [Presentation] A chordate species lacking Nodal utilizes calcium oscillation and Bmp4 for left-right patterning. (2020)
  • Author(s): 小沼健, 林桃子, 行者蕗, 岸香苗, Kai Wang, 西田宏記.
  • Organizer: 第53回日本発生生物学会
• [Presentation] The larvacean Oikopleura dioica lacks Nodal and utilizes calcium oscillation and Bmp expression for left-right patterning (2020)
  • Author(s): 小沼健, 林桃子, 行者蕗, 岸香苗, Kai Wang, 西田宏記.
  • Organizer: 第53回日本発生生物学会
• [Presentation] オタマボヤにおけるハウスの3D形成の原理. (2020)
  • Author(s): 小沼健.
  • Organizer: 第43回日本分子生物学会年会 ワークショップ
  • Invited
• [Presentation] 1世紀前の謎を解く-「最も単純な体の脊索動物」オタマボヤから見出した左右非対称形成の原理. (2020)
  • Author(s): 小沼健.
  • Organizer: 2020年度動物学会北陸支部会
  • Invited
• [Presentation] A chordate species lacking Nodal utilizes calcium oscillation and Bmp4 for left-right patterning. (2019)
  • Author(s): Onuma TA, Hayashi M, Gyojya F, Kishi K, Wang K, Nishida H.
  • Organizer: The 10th International Tunicate Meeting
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Neurula rotation and left-right asymmetry in ascidian embryos: Ciliary movements and the vitelline membrane signal. (2019)
  • Author(s): Yamada S, Tanaka Y, Imai KS, Saigou M, Onuma TA, Connop SL, Hashii M, Sawada H, Nishida N.
  • Organizer: The 10th International Tunicate Meeting
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Protein phosphatase 2A is essential to maintain meiotic arrest, and to prevent Ca2+ burst at spawning and eventual parthenogenesis in the larvacean Oikopleura dioica. (2019)
  • Author(s): Matsuo M, Onuma TA, Nishida H.
  • Organizer: The 10th International Tunicate Meeting
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 「特殊な現象の壁を越える～「最も単純な体の脊索動物」から見出した新しい遺伝子阻害現象 (DNAi)と左右非対称形成. (2019)
  • Author(s): 小沼健.
  • Organizer: 2019比較内分泌学会 学術企画委員会企画シンポジウム「壁を越える」
  • Invited
• [Presentation] 複雑で規則性のないパターンを個体差なく作り出すしくみ: オタマボヤの幼生発生における表皮細胞のパターン形成. (2019)
  • Author(s): 岸香苗, 林桃子, 小沼健，西田宏記.
  • Organizer: 日本動物学会第90回大会, ホヤ談話会
  • Invited
• [Presentation] Nodal遺伝子を持たない脊索動物オタマボヤにおける左右非対称形成. (2019)
  • Author(s): 小沼 健，林 桃子, 行者 蕗, 岸 香苗, Kai Wang, 西田 宏記.
  • Organizer: 日本動物学会第90回大会
• [Presentation] オタマボヤにおける甲状腺/内柱関連遺伝子群の発現とその発現制御. (2019)
  • Author(s): 小沼 健，中西 梨奈, Kai Wang, 中山 理, 笹倉 靖徳, 小笠原 道生.
  • Organizer: 日本動物学会第90回大会
• [Presentation] カタユウレイボヤ幼若体における甲状腺転写因子Nkx2-1およびFoxEのノックアウト. (2019)
  • Author(s): 山村 一平, 黄 涛若，中西 梨奈, 小沼 健，笹倉 靖徳, 小笠原 道生.
  • Organizer: 日本動物学会第90回大会
• [Presentation] 遺伝子破壊に基づいた脊索動物ホヤにおける甲状腺ホルモンの機能解明. (2019)
  • Author(s): 黄 涛若，山村 一平, 小沼 健，吉村 崇, 飯郷 雅之, 小笠原 道生, 笹倉 靖徳.
  • Organizer: 日本動物学会第90回大会
• [Presentation] オタマボヤ綱ミトコンドリアゲノムの進化. (2019)
  • Author(s): 笠原 享祐，足立 千尋, 望月 遊, 大塚 玄航，西野 敦雄，小沼 健，西田 宏記, 横堀 伸一.
  • Organizer: 日本動物学会第90回大会
• [Presentation] RNA-seqから見えてきたサケの産卵回遊の神経内分泌機構. (2019)
  • Author(s): 浦野 明央，北橋 隆史, 安東 宏徳，小沼 健，福若 雅章, 伴 真俊, 兵藤 晋.
  • Organizer: 第13回サケ学研究会
• [Presentation] オタマボヤから見出した新しい左右非対称形成の原理. (2019)
  • Author(s): 小沼健.
  • Organizer: 第5回ユニーク会「不思議の向こう側を分子生物学で覗く」
• [Presentation] Protein phosphatase 2A (PP2A) is essential for maintainace of meiotic arrest in the larvacean, Oikopleura dioica. (2018)
  • Author(s): 松尾正樹, 小沼健, 西田宏記.
  • Organizer: 第70回日本細胞生物学会 第51回日本発生生物学会 合同大会
• [Presentation] Direction of calcium waves is linked with the left-right axis of larvacean embryos. (2018)
  • Author(s): 小沼健, 西田宏記.
  • Organizer: 第70回日本細胞生物学会 第51回日本発生生物学会 合同大会
• [Presentation] オタマボヤ綱ミトコンドリアゲノムの進化. (2018)
  • Author(s): 横堀 伸一，笠原 享祐，大塚 玄航，西野 敦雄，小沼 健，西田 宏記，山岸 明彦.
  • Organizer: 日本進化学会第20回大会
• [Presentation] ワカレオタマボヤにおける2 本鎖DNA を介した新規の遺伝子抑制現象は、小分子RNA の合成をともなう. (2018)
  • Author(s): 塚田かすみ, 西田宏記, 小沼健.
  • Organizer: 第4回ユニークな少数派生物を扱う若手研究者が最先端アプローチを勉強する会
• [Presentation] オタマボヤを活用した発生学の新展開. (2018)
  • Author(s): 松尾正樹, 森田遼, 菜那子, 塚田かすみ, 小沼健, 西田宏記.
  • Organizer: 第4回 ホヤ研究会 口頭発表 (5演題を同時に発表)
• [Presentation] オタマボヤ幼生の3D 形態形成: 体の開口および摂餌フィルター分泌からその原理を探る. (2018)
  • Author(s): 小沼健, 西田宏記.
  • Organizer: 第4回ユニークな少数派生物を扱う若手研究者が最先端アプローチを勉強する会
• [Presentation] 産卵回遊途上のシロザケ間脳における遺伝子発現の網羅的解析. (2018)
  • Author(s): 浦野明央，北橋隆史, 安東宏徳，小沼健，福若雅章, 伴真俊, 兵藤晋.
  • Organizer: 第12回サケ学研究会
• [Remarks] オタマボヤの内柱がもつ2大機能領域の形成における甲状腺関連遺伝子の役割を解明
• [Remarks] 動物性繊維を用いてオタマボヤが「ハウス」を建築する原理
  • URL: https://seeds.krcc.kagoshima-u.ac.jp/seeds_info/index.php
• [Remarks] 1世紀前からの謎を解明、動物の左右をつくる新しい原理を発見
  • URL: https://mainichi.jp/articles/20200220/pls/00m/020/269000c
• [Remarks] (1) 1世紀前からの謎を解明！動物の左右をつくる新しい原理を発見
  • URL: https://resou.osaka-u.ac.jp/ja/research/2020/20200220_1
• [Remarks] (2) A tadpole with a twist
  • URL: https://resou.osaka-u.ac.jp/en/research/2020/20200220_1
• [Remarks] (3) 胎生魚がお腹の子供に与える栄養素を解明
  • URL: https://www.sci.osaka-u.ac.jp/ja/topics/7930/