| Project/Area Number |
21K15145
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Basic Section 45020:Evolutionary biology-related
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| Research Institution | Tottori University |
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Principal Investigator |
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2025-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2024)
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| Budget Amount *help |
¥4,550,000 (Direct Cost: ¥3,500,000、Indirect Cost: ¥1,050,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
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| Keywords | 実験進化発生学 / 有尾両生類 / 四肢形態形成 / Tbx3 / Shh / Tbx4/5 / 形態的多様性 / CRISPR-Cas9 / CRISPR -Cas9 / Gli3 / 進化発生学 / 四肢 / 指 / イベリアトゲイモリ / ゲノム編集 |
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| Outline of Research at the Start |
動物は多様な指形態を持っているが、多様性を生み出す統一原理は明らかにされていない。進化的には四肢発生における後方関連遺伝子が指形成領域で前方へと迫り上がることで指が獲得されたと考えられているが、それを示す証拠はない。本研究ではまずイモリの前肢（４本指）と後肢（５本指）の違いをもたらすメカニズムとして、後方関連遺伝子の一つであるhoxd13遺伝子に着目し、指形態との関係性を明らかにする。さらにCRISPR-Cas9による遺伝子ノックアウトとトランスジェニック技術を併用することで、イモリに実験的に多様な指形態を創り出し、指形態と遺伝子、進化との関係性を明らかにするという実験進化発生学を展開する。
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| Outline of Final Research Achievements |
There are variations in the number of digits between species. However, the mechanism that explains the morphological diversity of digits was unclear. In this study, we conducted a genetic analysis of genes related to digit development in the urodele amphibian newt (Pleurodeles waltl). To reveal gene functions for the digit development in newts, we produced knockout newts using CRISPR/Cas9. Gli3 crispants (KO) newts show anterior digit duplication phenotype in fore- and hindlimbs. Tbx3 KO newts show posterior digit deletion in forelimbs. These phenotypes were similar to those of the KO mice and human genetic syndrome associated with each gene. However, partial differences in gene function appeared. Tbx3 KO newt hindlimb shows one digit addition. Further research shows that different combinations of Tbx family genes can affect the number of digits and alter Shh expression in the limb. This research offers valuable insights into the evolution of diverse digit morphologies.
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| Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements |
これまでの指発生に関する知識は有羊膜類の実験動物に偏ったものであった。これに対して本研究では新規モデル両生類であるイベリアトゲイモリを用い、指発生に関する遺伝学的解析を行った。その結果、イモリの指発生は有羊膜類と遺伝子機能を含め、多くの部分で共通した発生メカニズムを用いていることが示された。そのような共通性がありながら、イモリの指形態は他の生物とは異なっている。そこで指発生に重要なShhに着目し、その発現調節遺伝子であるTbx3の機能解析をイモリで試みた。その結果、Tbxファミリー遺伝子が協調してShh発現調節を行っており、その調節の差異が形態の差異をもたらす可能性が示された。
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