Investigating the mechanism of yellow coloration in the koi carp
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22K19217
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Medium-sized Section 40:Forestry and forest products science, applied aquatic science, and related fields
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| Research Institution | Kitasato University |
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Principal Investigator |
水澤 寛太 北里大学, 海洋生命科学部, 准教授 (70458743)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
天野 春菜 北里大学, 海洋生命科学部, 講師 (50431341)
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| Project Period (FY) |
2022-06-30 – 2024-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥6,370,000 (Direct Cost: ¥4,900,000、Indirect Cost: ¥1,470,000)
Fiscal Year 2023: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000)
Fiscal Year 2022: ¥5,460,000 (Direct Cost: ¥4,200,000、Indirect Cost: ¥1,260,000)
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| Keywords | ニシキゴイ / 紅白 / 黄白 / 色素 / カロテノイド / プテリジン / LC-MS / 酵素 / 体色 / 背地色 |
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| Outline of Research at the Start |
ニシキゴイの代表的な品種である紅白では、赤い模様の濃さは背地色に応じて変化しない。一方、黄色い模様をもつ品種である黄白では、背地色が明るければ体色の黄色は薄くなり、背地色が暗ければ体色の黄色は濃くなる。これらの赤や黄色の色素は主にカロテノイド類とプテリジン類であるとされる。しかし、背地色などの環境要因がこれらの色素の代謝、生合成、蓄積経路に及ぼす影響はよくわかっていない。本研究は、ニシキゴイをモデル動物として、赤や黄色の体色の生成と環境応答の調節メカニズムを明らかにし、餌だけに頼らない、観賞魚の新たな色揚げ技術の創造を目指す。
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| Outline of Annual Research Achievements |
ニシキゴイ（錦鯉）は日本発祥の大型観賞魚であり、海外においても富裕層を中心に人気を集めている。国内で生産される錦鯉の8割以上が海外に輸出されており、政府の輸出重点品目に指定されている。
ニシキゴイの価値は大きさと形、色模様と色の鮮やかさで決まる。赤や黄色の元となる色素であるカロテノイドは、体内で生合成されないため餌から摂取される。このことから、餌にカロテノイドを含む原料を使用することによって、錦鯉の色を鮮やかにする工夫がこれまで行われてきた。しかしながら、ニシキゴイの皮膚に実際に蓄積されるカロテノイド成分や、体内にカロテノイドが吸収、変換、蓄積される過程はまだよくわかっていない。また、非カロテノイド系の色素であるプテリジンの合成経路に関する知見も少ない。
そこで本研究では、赤模様をもつ紅白と黄色模様をもつ黄白という２つの品種に着目し、これらの品種の赤または黄色系の色素成分と、色素分子が代謝あるいは生成される過程を明らかにすることを目的とした。
2022年度は紅白や黄白における赤／黄色系の色素について、鱗におけるカロテノイドの成分とカロテノイド代謝酵素遺伝子転写産物を分析した。その結果、黄白の黄色い色素の主成分がゼアキサンチン（カロテノイドの一種）であることを明らかにした。また、紅白の赤い色素の主成分は吸光スペクトルがアスタキサンチン（カロテノイドの一種）に似ているものの、分子量が異なる別の分子であることを明らかにした。さらにカロテノイド代謝酵素遺伝子について、紅白と黄白の鱗において異なるサブタイプ遺伝子が発現することを明らかにした。また、黄色の色素であるプテリジンについて、大正三色とマゴイの鱗におけるプテリジン合成酵素遺伝子の発現を調べた結果、この酵素の特定のサブタイプの遺伝子が色素合成に関わることが示唆された。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
紅白と黄白の赤または黄色の鱗、ならびに標準的な色揚げ餌に含まれるカロテノイドを調べた結果、黄白の黄色鱗と白色鱗、および紅白の白色鱗には餌に含まれるゼアキサンチンがそのまま蓄積されるが、紅白の赤色鱗ではゼアキサンチンが代謝され、アスタキサンチンに類似した未知の赤色の色素が鱗に蓄積されることが示唆された。紅白と黄白の血漿を抽出したところ、紅白の血漿は赤く、黄白の血漿はオレンジ色であることを発見した。この現象は、消化管においてカロテノイドが吸収される際のカロテノイドの代謝メカニズムが紅白と黄白とで異なることを示唆する。
紅白と黄白の鱗において、赤／黄色系の色素であるカロテノイド分子の中央部分のポリエン部を切断する酵素β-カロテンモノオキシゲナーゼの遺伝子（bco）の皮膚における発現を調べた結果、紅白と黄白においてbcoが色素形成に関与すること、ならびにbcoサブタイプの１つが皮膚におけるゼアキサンチンの代謝に関与することが示唆された。以上の結果から、消化管、肝臓、および皮膚におけるカロテノイド代謝系が皮膚に蓄積するカロテノイド成分の決定に重要であることが示唆された。
大正三色とマゴイの鱗において、プテリジン合成の律速酵素であるGTP-CHの遺伝子（gch）の皮膚における発現を調べた結果、gch1は色素胞以外の細胞において発現すること、ならびにgch２は黄色素胞および黒色素胞に発現することが示唆された。以上の結果から、コイにおいて黄色系の色素であるプテリジンの合成に必要な遺伝子の候補が明らかになった。ニシキゴイの赤／黄色系の色素の主成分はカロテノイドであるが、プテリジンもまた赤／黄色の色合いに寄与する可能性が示唆された。
以上のように、２０２２年度は当初予定していた目標に加え、新たにカロテノイド代謝系における消化管の重要性を見出すことができたことから、進捗状況を（1）とした。
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| Strategy for Future Research Activity |
紅白に蓄積される赤色系の色素については、これまでクロマトグラフによる分析や吸光スペクトルからアスタキサンチンであろうと推定されていた。本研究においても、紅白に蓄積される色素の吸光スペクトルはアスタキサンチンのものとほぼ同じあることが判明したが、質量は一致しなかった。一方、紅白においてゼアキサンチンが代謝されて赤色系色素に変化していることはほぼ確実であることから、紅白の赤色系色素の主成分はアスタキサンチンと脂肪酸がエステル結合したものであると推定される。そこで2023年度では、アスタキサンチンを加水分解してLC-MS分析を行う。
また、これまでの研究によって消化管または皮膚におけるカロテノイド代謝系が紅白と黄白で異なること、ならびにカロテノイドとプテリジンの代謝に関わる一部の遺伝子の発現プロファイルが紅白と黄白で異なることが示唆された。そこで2023年度では、トランスクリプトーム解析によって紅白と黄白の皮膚と消化管で発現量の異なる遺伝子の網羅的探索を行うことにより、ニシキゴイにおける赤／黄色系の色素の代謝あるいは生合成に関わる遺伝子の同定を目指す。
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Report
(1 results)
Research Products
(3 results)
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[Journal Article] Taisho-Sanshoku koi have hardly faded skin and show attenuated melanophore sensitivity to adrenaline and melanin-concentrating hormone.2022
Author(s)
Shinohara Y, Kasagi S, Amiya N, Hoshino Y, Ishii R, Hyodo N, Yamaguchi H, Sato S, Amano M, Takahashi A, Mizusawa K
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Journal Title
Frontiers in Endocrinology
Volume: 13
Pages: 3363-3363
DOI
Related Report
Peer Reviewed / Open Access
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