Evolution of thermoTRP-mediated thermosensation in Anolis lizard

• Project/Area Number: 19J01186
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Review Section: Basic Section 45020:Evolutionary biology-related
• Research Institution: Tokyo University of Science
• Principal Investigator: 赤司 寛志 東京理科大学, 先進工学部, 特別研究員(PD)
• Project Period (FY): 2019-04-25 – 2022-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2021)
• Budget Amount: ¥4,030,000 (Direct Cost: ¥3,100,000、Indirect Cost: ¥930,000); Fiscal Year 2021: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000); Fiscal Year 2020: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000); Fiscal Year 2019: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
• Keywords: 温度感受性TRP / アノールトカゲ / 温度応答遺伝子 / phylogenetic ANOVA / EVE model / 温度適応 / 温度感覚 / 忌避体温 / 忌避行動 / 進化

Outline of Research at the Start

ヒトがわずかな体温変化で体調を崩してしまうように、温度は生物の活動を左右する重要な環境要因である。動物は、適切な体温調節を行なうために自身にとって危険な温度を感知しなければならない。では、異なる温度環境に適応した種は、それぞれ異なる温度感覚が進化しているのだろうか？本研究では、様々な温度環境で活動しているアノールトカゲに着目し、温度環境への適応に伴い温度感覚がどのように進化してきたのかを明らかにする。

Outline of Annual Research Achievements

本年度は、先行研究(RNA-seq)から得られたキューバ産アノールトカゲ3種における遺伝子発現データに加え、プエルトリコ産アノールトカゲ2種のRNA-seq解析を実施し、熱刺激に対する遺伝子発現応答の進化的変化を検証した。26Cと33Cに晒した個体の遺伝子発現を比較したところ、熱刺激に対して応答する共通の遺伝子群を明らかにした。これらの遺伝子は、幅広い動物種で温度応答遺伝子として保存されている可能性も高く、動物の熱応答や熱耐性の進化を明らかにする上で重要であると考えられる。また、RNA-seqデータを用いてphylogenetic ANOVA (the Expression Variance and Evolution Model, EVEmodel)を実施した。EVE modelは、遺伝子発現量に対する系統間の分断化選択を検出するものである。解析の結果、遺伝子発現量が系統特異的に変化している遺伝子を多数検出した。特に、プエルトリコ産アノールトカゲ1種については、温度感受性TRPの一つであるTRPV1の発現量が、他4種に比べ非常に高くなっていた。このプエルトリコ産アノールトカゲは高温刺激に脆弱であり、低温種として報告されている。TRPV1は高温感受性があることから、TRPV1の発現量そのものの変化が温度環境への適応に重要であるケースがあることを示唆している。
本研究当初の期待されるインパクトとして、「TRPの活性化温度は、生物の温度応答を理解・予測する上での有用なパラメータとして提示する」ことを想定していた。これまでの研究から、TRPA1の活性化温度が有用なパラメータである可能性を示唆することができ、さらにTRPV1のように温度応答遺伝子の系統特異的な発現量変化も注目に値することを示すことができた。

Research Progress Status

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Thermal Sensitivity of Heat Sensor TRPA1 Correlates With Temperatures Inducing Heat Avoidance Behavior in Terrestrial Ectotherms (2021)
  • Author(s): Akashi Hiroshi
  • Journal Title: Frontiers in Ecology and Evolution Volume: 9 Pages: 1-9
  • DOI: 10.3389/fevo.2021.583837
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Comprehensive thermal performance curves for yellow dung fly life history traits and the temperature-size-rule (2021)
  • Author(s): Blanckenhorn Wolf U.、Berger David、Rohner Patrick T.、Schafer Martin A.、Akashi Hiroshi、Walters Richard J.
  • Journal Title: Journal of Thermal Biology Volume: 100 Pages: 103069-103069
  • DOI: 10.1016/j.jtherbio.2021.103069
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Presentation] 動物の温度耐性は温度センサーTRPA1の温度活性から推定できるか？ (2021)
  • Author(s): 赤司寛志
  • Organizer: 日本進化学会第23回東京大会
• [Presentation] ニホンヤモリにおける温度感受性TRPチャネルと高温刺激に対する忌避行動の関連 (2021)
  • Author(s): 柳川紗良, 赤司寛志, 宮川信一
  • Organizer: 日本進化学会第23回東京大会
• [Presentation] Elucidation of molecular mechanism underlying temperature-sensing during sex determination in alligator and turtles (2019)
  • Author(s): Akashi H, Toyota K, Kohno S, Iguchi T, Miyagawa S.
  • Organizer: Joint meeting of 5th Biennial North American Society for Comparative Endocrinology and 10th International Symposium on Amphibian and Reptilian Endocrinology and Neurobiology
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Book] 月刊細胞 (2021)
  • Author(s): 赤司 寛志, 宮川 信一
  • Total Pages: 2
  • Publisher: ニュー・サイエンス社