The emergence mechanisms of second and third sex-determining genes in the same medaka population driven by retrotransposon

Research Project

Project/Area Number	21K06278
Research Category	Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
Allocation Type	Multi-year Fund
Section	一般
Review Section	Basic Section 45010:Genetics-related
Research Institution	University of Shizuoka
Principal Investigator	明正大純静岡県立大学, 食品栄養科学部, 助教 (00781808)
Project Period (FY)	2021-04-01 – 2024-03-31
Project Status	Granted (Fiscal Year 2022)
Budget Amount *help	¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000) Fiscal Year 2023: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000) Fiscal Year 2022: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000) Fiscal Year 2021: ¥1,950,000 (Direct Cost: ¥1,500,000、Indirect Cost: ¥450,000)
Keywords	Oryzias latipes / sex-determining gene / LTR retrotransposon / Sushi-ichi / Gsdf
Outline of Research at the Start	脊椎動物の多くは性決定遺伝子によって雌雄を決めており、多数の性決定遺伝子が同定されている。本研究では、性決定遺伝子が特に頻繁に交代するメダカ属において、3つの性決定遺伝子が共存すると想定される稀有なミナミメダカの長崎県野生個体群を用いる。本個体群にはミナミメダカに共通の性決定遺伝子Dmyに加えて、内在性レトロウイルスの挿入によって誕生した第2のGsdfneoY、それに加えて、GsdfneoYを特異的に抑制する第3の存在が推定されている。これらの同定とその誕生機構の解明によって、遺伝性決定の多様化の大きな要因であると考えられる、新規性決定遺伝子を連鎖的に生み出す新たな分子機構を明らかにする。
Outline of Annual Research Achievements	本研究では、性決定遺伝子が頻繁に交代するメダカ属において、性決定遺伝子へ進化途上の祖先遺伝子からの変化が小さい、複数の性決定遺伝子が共存する稀有なミナミメダカの長崎県野生個体群を用いた。本個体群ではミナミメダカに共通の性決定遺伝子Dmyに加えて、LTR retrotransposonの挿入によって誕生した第2の性決定遺伝子GsdfneoY、GsdfneoYを特異的に抑制する第3の性決定遺伝子の同定とその誕生の分子機構を解明する。これらによって、脊椎動物における遺伝性決定の多様化の大きな要因であると考えられる、新規性決定遺伝子を連鎖的に生み出す新たな分子機構を明らかにすることを主目的とした。2022年度は、（1）第2の性決定遺伝子であるGsdfneoYの機能獲得実験と（2）第3の性決定遺伝子の遺伝子座を推定した。（1）GsdfneoY mRNAを1細胞期の受精卵にmicroinjectionを行ったところ、孵化日のXX仔魚においてGsdfneoY mRNA が検出できないにもかかわらず、XYと同様に常染色体のGsdfの高発現が誘導されていた。そして、孵化後10日においても多くの個体がXYと同様の性分化関連遺伝子の発現様式を示し、成魚においてXX雄個体を得ることができた。つまり、孵化までのGsdfneoY発現が第２の性決定遺伝子として十分な能力を持つことが示唆された。（2）第3の性決定遺伝子を持つGsdfneoY(+)雌とHd-rR雄を交配したG1からGsdfneoY(+)雌が出現し、G1からGsdfneoY(+)雌とHd-rR雄を交配したG2からGsdfneoY(+)雌が得られている。その雌を用いて性連鎖解析によって第3の性決定遺伝子の遺伝子座を探索したところ、LG8、17、22、24が有力候補となった。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason 本個体群ではミナミメダカに共通の性決定遺伝子Dmyに加えて、LTR retrotransposonの挿入によって誕生した第2の性決定遺伝子GsdfneoY、GsdfneoYを特異的に抑制する第3の性決定遺伝子の同定とその誕生の分子機構を解明することを目的とし、第2と第3の性決定遺伝子の解析を並行して行っている。本年度計画していた、第2の性決定遺伝子であるGsdfneoYの機能獲得実験とそこからの機能時期の推定と第3の性決定遺伝子の遺伝子座の推定を達成でき、両者に進捗が見られたことから、(2)と判断した。
Strategy for Future Research Activity	2023年度は、第2の性決定遺伝子GsdfneoYの誕生機構解明のために以下の2つを行う。1) プラス鎖のSushi-ichiのmRNAを受精卵にmicroinjectionすることにより人為的なSushi-ichiの転移を起こす。2)マイナス鎖のSushi-ichiのmRNAによって人為的なSushi-ichiの転移を抑制できるかどうかを検証する。また、第3の性決定遺伝子同定のために以下の2つを行う。1) G2のGsdfneoY(+)雌の性連鎖解析によって第3の性決定遺伝子の4つの遺伝子座の有力候補であるLG8、17、22、24を絞り込む。さらに、G3、G4と世代を重ねポジショナルクローニングを進めることで第3の性決定遺伝子の同定を目指す。