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ヒドラ属の生存戦略の差を生み出した種分化メカニズムの解明

Research Project

Project/Area Number 21K06289
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

Allocation TypeMulti-year Fund
Section一般
Review Section Basic Section 45020:Evolutionary biology-related
Research InstitutionOkayama University

Principal Investigator

濱田 麻友子  岡山大学, 環境生命自然科学学域, 准教授 (40378584)

Project Period (FY) 2021-04-01 – 2025-03-31
Project Status Granted (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help
¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
Fiscal Year 2022: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000)
Fiscal Year 2021: ¥2,080,000 (Direct Cost: ¥1,600,000、Indirect Cost: ¥480,000)
Keywords共生 / ゲノム / 刺胞動物 / ヒドラ / 進化
Outline of Research at the Start

刺胞動物ヒドラ属には、クロレラを細胞内に共生させ栄養面で相利共生の関係にあるグリーンヒドラと、非共生性で捕食によって栄養を獲得する比較的大型のブラウンヒドラが存在する。本研究では、このような種間での生存戦略の差を生み出すメカニズムと進化を明らかにすることを目指す。特に、ブラウンヒドラ系統でのみレトロトランスポゾンの大規模な挿入が起こっていることに注目し、その遺伝子発現調節メカニズムへの影響とエピジェネティクス制御から種分化の分子メカニズムを解明する。

Outline of Annual Research Achievements

本研究では近縁種間で異なる栄養獲得戦略を取るヒドラを用いて、種分化の分子メカニズムの解明を目指している。ヒドラ属には、細胞内共生クロレラと栄養面で相利共生の関係にあるグリーンヒドラと、非共生性で捕食によって栄養を獲得する比較的大型のブラウンヒドラが存在している。また、グリーンヒドラの共生クロレラは栄養面でヒドラから供給される栄養に完全に依存しており、ヒドラー共生クロレラの共進化が示唆される。さらに興味深いことに、グリーンヒドラとブラウンヒドラの分岐の直後にブラウンヒドラ系統ではレトロトランスポゾンの大規模な挿入によるゲノムサイズの増加が起こっており、このことがヒドラ属の生存戦略の違いを生み出した原因の一つになっているかもしれない。そこで本研究ではブラウンヒドラ進化におけるトランスポゾン等のゲノムサイズ増大への関与とグリーンヒドラ進化における共生クロレラの関与から、種分化の分子メカニズムを解明することを目的とする。
これまでに、グリーンヒドラHydra viridissimaとその共生藻Chlorella sp. A99両方のゲノム情報を用いて共生関係における相互作用に関係する遺伝子の特徴などを明らかにしてきた。また、ブラウンヒドラHydra vulgaris AEPのOxford Nanopore社のMiNIONを用いたロングリードシーケンスを行い、その結果を得ている。本年度はこれらの結果と既知の刺胞動物ゲノムとの比較により、ブラウンヒドラのゲノム進化に特徴的な性質を探索したところ、ブラウンヒドラにおける遺伝子とトランスポゾンの同時大規模重複がおこっている領域があることが明らかになった。さらに、グリーンヒドラから高分子ゲノムDNAを抽出し、現在ロングリードシーケンスを行っている。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

昨年度得られたブラウンヒドラH. vulgaris AEPのロングリードシーケンスの結果を用い、トランスポゾンや遺伝子の重複を探索した。H. AEPのゲノムは、すでにゲノムが解読されているブラウンヒドラH. vulgaris 105と同様、1Gb以上の大型のゲノムで、LINEトランスポゾンのがゲノム内で大幅に増幅していた。さらに、いくつかの遺伝子ファミリーでは大規模な遺伝子重複が見られ、ゲノム上にタンデムに並んでいた。興味深いことに、これはトランスポゾンの増幅と同時発生しているようである。また、これら遺伝子群は神経や免疫に関連するものが多く含まれていた。以上の結果は、ブラウンヒドラにおけるゲノムサイズの増大は、トランスポゾンの増幅だけでなく、それに伴うゲノム領域の重複によるものであることが示唆される。さらにこのことによって、大規模な遺伝子重複が起こっている遺伝子ファミリーがあり、ブラウンヒドラの生態的特徴との関連が示唆される。これはブラウンヒドラで特異的に起こっており、グリーンヒドラではこのような遺伝子重複は見られなかった。
グリーンヒドラゲノム解析は前年度に完了させる予定であったが、充分量の高分子ゲノムDNAを得るための材料の準備や条件検討に時間がかかったため、「やや遅れている」とした。現在は充分量のDNAを得ることができたため、ロングリードシーケンスを進めている。

Strategy for Future Research Activity

今年度は、現在進めているグリーンヒドラのロングリードシーケンスの結果を、これまでに得られたブラウンヒドラゲノム解析の結果と比較し、遺伝子重複やトランスポゾンの増幅の観点からこれらのゲノム進化の特徴を明らかにする。
グリーンヒドラシーケンスデータが得られ次第、アセンブルと遺伝子モデルの構築を行う。遺伝子領域とリピート配列領域の分布やメチル化領域の特定を行い、近傍の影響を受けている可能性のある遺伝子を同定する。以上の結果をブラウンヒドラとグリーンヒドラで比較し、その違いを明らかにする。また、グリーンヒドラまたはブラウンヒドラにおいて重複やメチル化が見られる遺伝子についてはmRNA-seqやリアルタイムPCR, in situ hybridizationなどで発現パターンの解析を行い、両種に差があるかを確かめる。
グリーンヒドラの共生クロレラの遺伝子構成とトランスクリプトーム解析の結果は論文として今年度中の投稿と受理を目指す。

Report

(3 results)
  • 2023 Research-status Report
  • 2022 Research-status Report
  • 2021 Research-status Report
  • Research Products

    (10 results)

All 2024 2023 2021 2020 Other

All Int'l Joint Research (4 results) Journal Article (3 results) (of which Peer Reviewed: 2 results,  Open Access: 2 results) Presentation (3 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results,  Invited: 3 results)

  • [Int'l Joint Research] キール大学(ドイツ)

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  • [Int'l Joint Research] 台湾・中央研究院(その他の国・地域)

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  • [Journal Article] Model systems for discovering evolutionary singularity of bilaterian physiological regulation: lessons from studies on simple/primitive flatworms2024

    • Author(s)
      Mori Shunsuke、Kobayashi Aoshi、Sakamoto Hirotaka、Hamada Mayuko、Sakamoto Tatsuya、Nakamura Ryo
    • Journal Title

      Biophysics and Physicobiology

      Volume: 21 Issue: Supplemental Pages: n/a

    • DOI

      10.2142/biophysico.bppb-v21.s012

    • ISSN
      2189-4779
    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] 光共生動物の普遍性と多様性:刺胞動物グリーンヒドラとサンゴの藻類共生システム2023

    • Author(s)
      濱田麻友子
    • Journal Title

      月刊「細胞」

      Volume: 55 Pages: 61-65

    • Related Report
      2022 Research-status Report
  • [Journal Article] A Reference Genome from the Symbiotic Hydrozoan, Hydra viridissima2020

    • Author(s)
      Hamada Mayuko、Satoh Noriyuki、Khalturin Konstantin
    • Journal Title

      G3 Genes|Genomes|Genetics

      Volume: 10 Issue: 11 Pages: 3883-3895

    • DOI

      10.1534/g3.120.401411

    • NAID

      120006939590

    • Related Report
      2021 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] Diversified photosymbiotic systems in animals: Insights from the symbiosis of green hydra2023

    • Author(s)
      Mayuko Hamada
    • Organizer
      EMBO COB Workshop "Trans-Scale Biology using exotic non-model organisms"
    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] ゲノムから探る動物と藻類の共生システム2023

    • Author(s)
      濱田麻友子
    • Organizer
      第23回マリンバイオテクノロジー学会
    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Invited
  • [Presentation] Genome analysis reveals interactions and evolution in Hydra-Chlorella symbiosis2021

    • Author(s)
      Mayuko Hamada
    • Organizer
      The 4th Asian Congress of Protistology
    • Related Report
      2021 Research-status Report
    • Int'l Joint Research / Invited

URL: 

Published: 2021-04-28   Modified: 2024-12-25  

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