| Project/Area Number |
22KJ1274
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| Project/Area Number (Other) |
21J21544 (2021-2022)
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| Research Category |
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
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| Allocation Type | Multi-year Fund (2023)
Single-year Grants (2021-2022) |
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| Section | 国内 |
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| Review Section |
Basic Section 45020:Evolutionary biology-related
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| Research Institution | Tokyo Institute of Technology |
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Principal Investigator |
木村 優希 東京工業大学, 生命理工学院, 特別研究員(DC1)
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| Project Period (FY) |
2023-03-08 – 2024-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥2,200,000 (Direct Cost: ¥2,200,000)
Fiscal Year 2023: ¥700,000 (Direct Cost: ¥700,000)
Fiscal Year 2022: ¥700,000 (Direct Cost: ¥700,000)
Fiscal Year 2021: ¥800,000 (Direct Cost: ¥800,000)
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| Keywords | 進化生物学 / 両生類 / 魚類 / ポリプテルス / ハイギョ / 陸上適応 / 生理学 / 発現解析 / 繊毛 / 高CO2 / 古代魚 |
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| Outline of Research at the Start |
今から3.5億年前、魚は陸上へと進出した。水中と陸上を行き来するような魚にどういった形質が備わっていたのかは未だ不明な点が多く残されている。本研究では肺呼吸可能な現生の魚類である「ポリプテルス」に着目し、 陸上で飼育した個体の器官の遺伝子発現の変化を解析した。その解析結果を元に実施した走査型電子顕微鏡によるエラ表面の観察では、ポリプテルスのエラに繊毛が存在し、陸上環境では消失することなどを明らかにした。また、血中のナトリウムやアンモニアといった恒常性の維持に関わる物質の濃度の変化と併せて遺伝子発現の変化を見ることで、水陸両生魚がいかにして陸上で生存しているかを明らかにする。
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| Outline of Annual Research Achievements |
約3.5億年前、一部の魚が陸上へと進出した。水中から陸上へと大きく異なる環境への適応が起きたにもかかわらず、化石記録から得られる情報は限定的である。本研究では古くからの硬骨魚類の形質を残す現生魚類を用い、陸上適応の遺伝的基盤の理解を目的としている。
水中で呼吸する魚においてエラは必須であるが、陸上進出に伴って消失していった。本研究では肺呼吸とエラ呼吸が両方可能な現生種、ポリプテルスに着目した。中でも陸上環境における恒常性維持機構に着目した。陸上環境においてはエラを通じた塩類の摂取やアンモニアの排泄が制限される。そこで、陸上飼育したポリプテルスが体内の塩類などの恒常性維持をどのように行っているかをRNA-seq解析や血液成分分析などを用いて明らかにした。まずポリプテルスが陸上環境においても血中の浸透圧やアンモニア濃度を維持していることを明らかにした。次に腎臓、肝臓、エラのRNA-seq解析を行った。腎臓において、ナトリウムを再吸収する機能が知られる上皮性ナトリウムチャネルの発現量が有意に増加していた。またアンモニアを尿中へ排泄するトランスポータの遺伝子発現量が有意に増加していた。このことから、ポリプテルスは陸上でエラからアンモニアを排泄する代わりにアンモニアを尿中へと排泄する戦略を取っていると考えられる。
両生類に最も近い魚であるハイギョと、ハゼなどの陸上に二次的に適応した種のケラチン遺伝子の解析を実施した。ハイギョにおいては両生類のケラチン遺伝子数に匹敵するほどのケラチン遺伝子の重複が見られたが、両生類のケラチンとは独立に重複したものであることが明らかになった。また、陸生ハゼでは近縁種の水棲ハゼと比べても変化はなかった。ケラチン遺伝子の大幅な重複は四肢動物に近い魚において繰り返し独立に起きたものと推察される。研究成果はGenes & Genetic Systemsに掲載された。
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