Evolutionary biological studies of initial transitions of gender phenotypes
| Project/Area Number |
20H03299
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 45020:Evolutionary biology-related
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
野崎 久義 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 特任研究員 (40250104)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
山口 晴代 国立研究開発法人国立環境研究所, 生物多様性領域, 主任研究員 (20722672)
河地 正伸 国立研究開発法人国立環境研究所, 生物多様性領域, 室長 (50260469)
高橋 文雄 東邦大学, 薬学部, 博士研究員 (60332318)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥17,810,000 (Direct Cost: ¥13,700,000、Indirect Cost: ¥4,110,000)
Fiscal Year 2022: ¥5,330,000 (Direct Cost: ¥4,100,000、Indirect Cost: ¥1,230,000)
Fiscal Year 2021: ¥5,460,000 (Direct Cost: ¥4,200,000、Indirect Cost: ¥1,260,000)
Fiscal Year 2020: ¥7,020,000 (Direct Cost: ¥5,400,000、Indirect Cost: ¥1,620,000)
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| Keywords | 交配システムの進化 / ホモタリック / ヘテロタリック / 性決定領域 / 緑藻類 / ボルボックス系列 / プレオドリナ / ボルボックス / 交配システム転換進化 / 全ゲノム解析 / 性表現進化 / 雌雄性 / 性決定遺伝子 / ゲノム / 緑藻ボルボックス系列 / 交配システム進化 / Volvox / 性決定領域（SDR） / 性進化 |
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| Outline of Research at the Start |
メスとオスの配偶子が同一個体につくられる雌雄同体の自殖種の原型は微細藻類・菌類に認められ、“ヘテロタリック（雌雄異株）”の性表現とは別に、一つの株内に両性の配偶子をつくる”ホモタリック（雌雄同株）”が存在する。本研究では性の進化生物学的研究が進展している「緑藻ボルボックス系列」に着目する。特に、メス・オスに加えてホモタリックの3 種類の性表現をもつホモタリック種への移行段階のプレオドリナの１種、並びにホモタリック種からヘテロタリック種への進化の初期段階に相当することが推測されるボルボックスの１種を材料として、ホモタリック種とヘテロタリック種の相互転換の初期進化の分子遺伝学的基盤を明らかにする。
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| Outline of Annual Research Achievements |
長期間にわたる相模川水系の湖沼のフィールド調査と培養・交配実験から緑藻プレオドリナの一種（Pleodorina starrii）において，一倍体生物の種内で初めて単性型オス・単性型メス・両性型の３個の性表現型の共存が見出され，交配実験により両性型は単性型オスと同一の性決定遺伝子MIDをもつ性決定領域（SDR）を有し，常染色体領域中に両性型決定因子の存在が示唆された（Takahashi et al. 2021 Evolution）。更に ３性表現型３株の全ゲノム配列を決定した結果，約185 kbのオスSDRと約137 kbのメスSDRが明らかとなり，両性型株のSDRはオスと同一であった。また，これまでメス特異的遺伝子とされていた配偶子接着遺伝子FUS1が本種では３性表現型の常染色体領域に存在し、配列は基本的に同じであった。
我々はホモタリック種からヘテロタリック種への進化的転換の分子基盤を解明する足掛かりとして，本進化が推測されるボルボックス節のMID ホモログに着目した。本節全種の MID の探索と配列比較の結果，全ての同株種と異株種雄はMID 全長を保持し，同株と異株で分子進化的特徴が同様であることを明らかにした (山岸ら 本学会第45回大会) 。更に、本節のホモタリック種からごく最近ヘテロタリック種に進化したと考えられる Volvox rousseletii のメス株とオス株の全ゲノム解読と近縁な同株種との MID 発現比較を実施した。その結果，雌は雄と同じ MID 配列をもつが，発現は抑制されており，雄は同体種と同様の MID 発現パターンを示した。また，全ゲノムデータから雌雄間の染色体レベルの差異が示された。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
一倍体生物の種内で初めて単性型オス・単性型メス・両性型の３個の性表現型の共存が見出され，交配実験により両性型は単性型オスと同一の性決定遺伝子MIDをもつ性決定領域（SDR）を有し，常染色体領域中に両性型決定因子の存在が示唆され（Takahashi et al. 2021 Evolution）、これらの分子生物学的基盤のため全ゲノム比較解析を実施できた。また、また、ホモタリックからごく最近ヘテロタリック種に進化したと考えられる Volvox rousseletii のメス株とオス株の全ゲノム解読と近縁な同株種との MID 発現比較を実施した。
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| Strategy for Future Research Activity |
プレオドリナで構築した全ゲノムデータを更に解析し、３種類の性表現型を持ハプロイド種の分子生物学的基盤を明らかにする。更に3個の性表現の保持がヘテロタリック種からホモタリック種への転換進化であるかどうかを近縁な種の全ゲノムデータを構築・比較することから検討する。また、V. rousseletiiに近縁なホモタリック種 V.ferissii の全ゲノムデータを構築し、ホモタリック種からヘテロタリック種への転換進化の分子生物学的基盤を詳細に解明する。
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Report
(2 results)
Research Products
(26 results)
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[Journal Article] Three genomes in the algal genus Volvox reveal the fate of a haploid sex-determining region after a transition to homothallism2021
Author(s)
Kayoko Yamamoto, Takashi Hamaji, Hiroko Kawai-Toyooka, Ryo Matsuzaki, Fumio Takahashi, Yoshiki Nishimura, Masanobu Kawachi, Hideki Noguchi, Yohei Minakuchi, James G. Umen, Atsushi Toyoda, Hisayoshi Nozaki
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Journal Title
The Proceedings of the National Academy of Sciences
Volume: 118
Issue: 21
DOI
Related Report
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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[Presentation] Three sex phenotypes in a haploid algal species give insights into the evolutionary transition to a self-compatible mating system2021
Author(s)
Takahashi, K., Kawai-Toyooka, H., Ootsuki, R., Hamaji, T., Tsuchikane, Y., Sekimoto, H., Higashiyama, T. & Nozaki1, H.
Organizer
75th Annual Meeting of the Phycological Society of America, Online
Related Report
Int'l Joint Research
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