極限環境に棲む線虫で切り拓く動物胎生化の適応的意義と進化プロセス研究

• Project/Area Number: 23K17381
• Research Category: Grant-in-Aid for Challenging Research (Pioneering)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Medium-sized Section 39:Agricultural and environmental biology and related fields
• Research Institution: Meiji University
• Principal Investigator: 新屋 良治 明治大学, 農学部, 専任准教授 (30802798)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 神崎 菜摘 国立研究開発法人森林研究・整備機構, 森林総合研究所, 主任研究員 等 (70435585) ; 菊地 泰生 東京大学, 大学院新領域創成科学研究科, 教授 (20353659)
• Project Period (FY): 2023-06-30 – 2027-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2023)
• Budget Amount: ¥26,000,000 (Direct Cost: ¥20,000,000、Indirect Cost: ¥6,000,000); Fiscal Year 2026: ¥5,200,000 (Direct Cost: ¥4,000,000、Indirect Cost: ¥1,200,000); Fiscal Year 2025: ¥5,330,000 (Direct Cost: ¥4,100,000、Indirect Cost: ¥1,230,000); Fiscal Year 2024: ¥7,540,000 (Direct Cost: ¥5,800,000、Indirect Cost: ¥1,740,000); Fiscal Year 2023: ¥7,930,000 (Direct Cost: ¥6,100,000、Indirect Cost: ¥1,830,000)
• Keywords: 線虫 / パーティクルガン / 胎生 / 進化 / 極限環境 / 適応

Outline of Research at the Start

動物の繁殖形態は卵生から卵胎生を経て胎生へと漸次的に進化し、哺乳類以外にも胎生の繁殖形態が異なる系統群から独立に出現している。胎生形質の獲得は、子の保護という点で利点があると考えられる一方で、産仔数の減少や母親のエネルギーコストというトレ ードオフが予想される。また、その棲息環境が胎生形質獲得の進化的な駆動力となることが示唆されているが、現時点でこれらの予測・仮説を実験的に証明し得る実験系が存在していないため、胎生の分子機構やその生態的意義、進化的駆動力の本質的理解には至っていない。本研究では、極限環境湖において発見した胎生線虫種を用い、胎生動物出現に関する普遍的原理を見出すことを目指す。

Outline of Annual Research Achievements

本課題研究では、高濃度ヒ素環境に適応し、胎生の繁殖様式を有する線虫を極限環境適応のモデル生物と位置づけ、線虫ヒ素耐性機構と胎生の繁殖様式の進化プロセスの解明に取り組む。2023年度はT. tufaeにおける形質転換体技術の確立、T. tufaeの生活環の解明、ゲノム解析に取り組んだ。線虫の形質転換体取得のためには一般的に、プラスミドベクターを生殖巣にマイクロインジェクションする方法と、プラスミドベクターを金粒子にコーテイングし、パーティクルガン法によって打ち込む方法が利用される。本研究では、パーティクルガン法を利用したT. tufae形質転換体の取得を試みた。パーティクルガン法によるT. tufaeの形質転換を試みた結果、現時点でF1からF4世代まで、安定して咽頭においてGFPを発現するラインを取得することに成功した。F1世代においては多くの個体が咽頭付近でGFPを発現した一方で、その多くがF2世代ではGFPの発現が見られなくなった。これらの個体においては射撃したプラスミドが染色体外で維持されており、その後脱落したと考えられる。F4世代において安定してGFPを発現したラインに関してはプラスミド配列がゲノム中に組み込まれた可能性が高い。次にT. tufaeの生活環を明らかにするために、出産直後の幼虫を観察した結果、出産食後の個体は耐久型幼虫もしくは、雌雄のL3幼虫であった。また、耐久型幼虫を大腸菌培地で培養した結果、すべての個体が雌雄同体成虫へと成長することが明らかになった。ゲノム解析に関してはアセンブルを取得し、現在gene annotationを実施している。

Current Status of Research Progress

1: Research has progressed more than it was originally planned.

Reason

当初想定していたゲノム解析に加えて、形質転換体技術の開発に成功したことは今後の研究の発展を考えると大きな価値があると考えている。その他の計画に関しても概ね順調に進んでいる。

Strategy for Future Research Activity

ゲノム解析終了まであとわずかの状況にあり、ゲノム解析の完了後、T. tufae子宮内液のプロテオーム解析に着手する。

Research Products

• [Journal Article] Onthodiplogaster japonica n. gen., n. sp. (Rhabditida: Diplogastridae) isolated from Onthophagus sp. (Coleoptera: Scarabaeidae) from Japan (2023)
  • Author(s): Kanzaki Natsumi、Ikeda Yuya、Shinya Ryoji
  • Journal Title: Scientific Reports Volume: 13 Issue: 1 Pages: 6470-6470
  • DOI: 10.1038/s41598-023-33586-1
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] The developmental and structural uniqueness of the embryo of the extremophile viviparous nematode, Tokorhabditis tufae (2023)
  • Author(s): Yamashita Tatsuya、Ekino Taisuke、Kanzaki Natsumi、Shinya Ryoji
  • Journal Title: Frontiers in Physiology Volume: 14 Pages: 1197477-1197477
  • DOI: 10.3389/fphys.2023.1197477
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] 線虫における胎生は繰り返し出現する (2023)
  • Author(s): 山下達矢、神崎菜摘、新屋良治
  • Organizer: 日本線虫学会 第30回大会
• [Presentation] 胎生線虫 Tokorhabditis atripennis の生態解明に向けた調査 (2023)
  • Author(s): 池田雄哉、新屋良治
  • Organizer: 日本線虫学会 第30回大会
• [Presentation] 線虫胎生化の進化的駆動力解明に向けた糞虫便乗線虫の生活史調査 (2023)
  • Author(s): 池田 雄哉、新屋 良治
  • Organizer: 日本昆虫学会第84回
• [Presentation] 極限環境湖から発見された線虫 Tokorhabdits tufaeの特殊繁殖形態と環境適応 (2023)
  • Author(s): 武田 奈々、山下 達矢、新屋 良治
  • Organizer: 第68回日本応用動物昆虫学会大会