• Search Research Projects
  • Search Researchers
  • How to Use
  1. Back to previous page

Study of genomic functions involving species-specific vocal learning and production

Research Project

Project/Area Number 23K21302
Project/Area Number (Other) 21H02456 (2021-2023)
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (B)

Allocation TypeMulti-year Fund (2024)
Single-year Grants (2021-2023)
Section一般
Review Section Basic Section 43050:Genome biology-related
Research InstitutionHokkaido University

Principal Investigator

和多 和宏  北海道大学, 理学研究院, 教授 (70451408)

Project Period (FY) 2021-04-01 – 2025-03-31
Project Status Granted (Fiscal Year 2024)
Budget Amount *help
¥17,160,000 (Direct Cost: ¥13,200,000、Indirect Cost: ¥3,960,000)
Fiscal Year 2024: ¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2023: ¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2022: ¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2021: ¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000)
Keywords発声学習行動 / 鳴禽類ソングバード / 種特異性 / 遺伝子発現 / シングルセル解析 / 学習臨界期 / 時系列制御 / 種特異的行動 / オープンクロマチン / AAV / 発声学習 / ゲノム
Outline of Research at the Start

『行動進化のゲノム基盤』を明らかにする。そのために鳴禽類の発声学習行動をモデルとして、種間のゲノム配列の違いがいかにして、脳内の遺伝子発現に影響を与え、個体レベルでの学習行動の種特異性の表出につながるのかを、実験的に検証する。「ゲノム配列の種差」から「脳内種特異的遺伝子発現」、そして、それによる「個体レベルの種特異性行動発現」までの過程を、歌神経核内を構成する細胞レベルまで掘り下げ、細胞タイプ別のオープンクロマチン領域と遺伝子発現情報を基に種特異的なゲノム発現プロファイリングを行い、動物行動の進化・多様性形成に直結する『細胞レベルの種特異的なゲノム機能発現制御メカニズム』を明らかにする。

Outline of Annual Research Achievements

本研究は、種間のゲノム配列上の違いが、いかにして脳内に共通して存在する神経回路における遺伝子発現に影響を与え、その結果、個体レベルにおける種特異的発声学習行動の生成につながり得るのかを明らかにすることを目的としている。
当該年度は、当初予定した実験を実施できた。シングルセルRNA-seq実験・解析によって、異種間ハイブリッド個体で観察された発声学習能の雑種強勢表現型が、発声運動神経核内のグルタミン酸作動性興奮性投射ニューロンにおける非相加的遺伝子発現が有意に増大していることを明らかにできた。またその非相加的発現制御を受ける遺伝子群と発声学習能の雑種強勢表現型との機能相関があることを見出した。これらの知見を報告した論文が2024年4月の時点でUnder reviseの状態である。
また、シングルセルRNA-seqによる発現情報とシングルセルATAC-seqによって取得した細胞タイプごとのオープンクロマチン領域情報を基に細胞タイプ特異的な遺伝子発現誘導を実現できるかをアデノ随伴ウイルスを用いin vivo実験的に検証した。その結果、期待した通りの細胞タイプ特異的な発現を誘導できるゲノム領域を同定することに成功した。今回は、zebra finch(Taeniopygia guttata)の発声運動神経核HVCとRA野を対象に行ったが、この方法を応用することで、種特異的な脳内遺伝子発現制御に関わる機能的なゲノム領域を網羅的に同定できる道筋がついたと考えている。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

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

Reason

2023年度に研究実施計画として挙げていた、鳴禽類ソングバードの脳内歌神経核における細胞タイプ別遺伝子発現解析として、シングルセルRNA-seqによって取得した遺伝子発現情報と実際の動物個体が生成した発声パターン表現型との機能相関を算定する解析手法を確立することができた。また、その方法によって得られた知見を報告し、現在までに1報の論文発表ともう1報の論文査読中状態になっている。
また、シングルセルATAC-seqによるオープンクロマチン領域情報を用いて、細胞タイプ特異的な遺伝子発現誘導にも成功した。

Strategy for Future Research Activity

シングルセルRNA-seqによる発現情報とシングルセルATAC-seqによって取得した細胞タイプごとのオープンクロマチン領域情報を基に細胞タイプ特異的な遺伝子発現誘導が実現できたことを踏まえて、この方法を応用し、種特異的な脳内遺伝子発現制御に関わる機能的なゲノム領域を網羅的に同定する。さらに、歌神経核内の細胞タイプ特異的に、種特異的遺伝子発現制御を受ける遺伝子の脳内遺伝子発現改変実験を行い、実際に種特異的な発声学習及び、発声パターンの生成に寄与するのか、検証実験を実施する。

Report

(3 results)
  • 2023 Annual Research Report
  • 2022 Annual Research Report
  • 2021 Annual Research Report
  • Research Products

    (26 results)

All 2024 2023 2022 2021 Other

All Int'l Joint Research (4 results) Journal Article (6 results) (of which Int'l Joint Research: 5 results,  Peer Reviewed: 6 results,  Open Access: 6 results) Presentation (16 results) (of which Int'l Joint Research: 7 results,  Invited: 4 results)

  • [Int'l Joint Research] Indian Insti. of Sci .Edu. and Reserch(インド)

    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Int'l Joint Research] Korea Brain Research Institute(韓国)

    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Int'l Joint Research] McGill University(カナダ)

    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Int'l Joint Research] Korea Brain Research Institute(韓国)

    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Journal Article] A predisposed motor bias shapes individuality in vocal learning2024

    • Author(s)
      Toji Noriyuki、Sawai Azusa、Wang Hongdi、Ji Yu、Sugioka Rintaro、Go Yasuhiro、Wada Kazuhiro
    • Journal Title

      Proceedings of the National Academy of Sciences

      Volume: 121 Issue: 3

    • DOI

      10.1073/pnas.2308837121

    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Dosage compensation of Z sex chromosome genes in avian fibroblast cells2023

    • Author(s)
      Deviatiiarov Ruslan、Nagai Hiroki、Ismagulov Galym、Stupina Anastasia、Wada Kazuhiro、Ide Shinji、Toji Noriyuki、Zhang Heng、Sukparangsi Woranop、Intarapat Sittipon、Gusev Oleg、Sheng Guojun
    • Journal Title

      Genome Biology

      Volume: 24 Issue: 1 Pages: 213-213

    • DOI

      10.1186/s13059-023-03055-z

    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Nicotinic acetylcholine receptors in a songbird brain2022

    • Author(s)
      Asogwa Norman Chinweike、Toji Noriyuki、He Ziwei、Shao Chengru、Shibata Yukino、Tatsumoto Shoji、Ishikawa Hiroe、Go Yasuhiro、Wada Kazuhiro
    • Journal Title

      Journal of Comparative Neurology

      Volume: in press Issue: 11 Pages: 1966-1991

    • DOI

      10.1002/cne.25314

    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Fetal blockade of nicotinic acetylcholine transmission causes autism-like impairment of biological motion preference in the neonatal chick2022

    • Author(s)
      Matsushima Toshiya、Miura Momoko、Patzke Nina、Toji Noriyuki、Wada Kazuhiro、Ogura Yukiko、Homma Koichi J、Sgado Paola、Vallortigara Giorgio
    • Journal Title

      Cerebral Cortex Communications

      Volume: ー Issue: 4

    • DOI

      10.1093/texcom/tgac041

    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Phylogeny and mechanisms of shared hierarchical patterns in birdsong2021

    • Author(s)
      James Logan S.、Mori Chihiro、Wada Kazuhiro、Sakata Jon T.
    • Journal Title

      Current Biology

      Volume: 31 Issue: 13 Pages: 2796-2808.e9

    • DOI

      10.1016/j.cub.2021.04.015

    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Seasonal regulation of singing-driven gene expression associated with song plasticity in the canary, an open-ended vocal learner2021

    • Author(s)
      Hayase Shin、Shao Chengru、Kobayashi Masahiko、Mori Chihiro、Liu Wan-chun、Wada Kazuhiro
    • Journal Title

      Molecular Brain

      Volume: 14 Issue: 1 Pages: 160-160

    • DOI

      10.1186/s13041-021-00869-5

    • URL

      https://pure.teikyo.jp/en/publications/a6825858-c815-4385-b14a-4ccbab28d515

    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Presentation] Unraveling the neural and genetic basis of species-specific song learning: A comparative single-cell transcriptomic analysis in songbirds2024

    • Author(s)
      Kazuhiro Wada
    • Organizer
      Workshop for Genetics of Migration
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] 生得的な運動バイアスによって形成される発声学習の個体差2023

    • Author(s)
      田路 矩之, 澤井 梓, Hongdi Wang, 郷 康広, 和多 和宏
    • Organizer
      日本神経科学大会 第46回大会
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
  • [Presentation] Species-specific vocal learnability associated with transcriptomic signatures in glutamatergic projecting neurons in songbirds2023

    • Author(s)
      Noriyuki Toj , Yukino Shibata, Shoji Tatsumoto, Yasuhiro Go, Kazuhiro Wada
    • Organizer
      International Bioacoustics Congress(IBAC) 2023
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Behavioral and hormonal co-regulation for vocal plasticity in zebra finches2023

    • Author(s)
      Heng Zhang, Noriyuki Toji, and Kazuhiro Wada
    • Organizer
      International Bioacoustics Congress(IBAC) 2023
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Transcriptomic alteration associated with song changes through domestication in songbirds2023

    • Author(s)
      Ziheng Hu, Noriyuki Toji, Yasuko Tobari, Chihiro Mori, Shiomi Hakataya, Akari Furutani, Cheng-Te Yao, Yasuhiro Go, Kazuo Okanoya, Kazuhiro Wada
    • Organizer
      International Bioacoustics Congress(IBAC) 2023
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] A predisposed motor bias shapes individuality in vocal learning2023

    • Author(s)
      N. TOJI, A. SAWAI, H. WANG, Y. GO, K. WADA
    • Organizer
      Society for Neuroscience meeting
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 生得的学習バイアスによる学習個体差が生まれる神経分子基2023

    • Author(s)
      和多 和宏
    • Organizer
      脳科学研究教育センター創立20周年記念シンポジウム
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] 異種間ハイブリッドソングバードを用いた発声学習個体差の神経分子基盤2022

    • Author(s)
      柴田ゆき野、田路矩之、辰本将司、石川裕恵、郷康広、和多和宏
    • Organizer
      日本神経科学大会 第45回大会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] 鳴禽類における歌の種分化の神経分子メカニズム Neural molecular mechanisms of the song speciation in songbirds2022

    • Author(s)
      田路 矩之、柴田ゆき野、辰本将司、石川 裕恵、郷 康広、和多 和宏
    • Organizer
      日本神経科学大会 第45回大会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] ソングバードの音声発声学習において生得および学習属性を象徴する細胞タイプ特異的トランスクリプトームシグネチャー2022

    • Author(s)
      田路 矩之、柴田ゆき野、辰本将司、石川 裕恵、郷 康広、和多 和宏
    • Organizer
      日本遺伝学会 第94回大会 (札幌)
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] Novel enhanced learning ability elicited by interspecific hybridization of songbirds2022

    • Author(s)
      . Shibata, N. Toji, S. Tatsumoto, H. Ishikawa, Y. Go, K. Wada
    • Organizer
      Society for Neuroscience meeting
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Transcriptomic signatures in glutamatergic projecting neurons reveal species-specific vocal learnability in songbirds2022

    • Author(s)
      N. Toji, Y. Shibata, S. Tatsumoto, H. Ishikawa, Y. Go, K. Wada
    • Organizer
      Society for Neuroscience meeting
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Heterosis in vocal learning traits in F1 hybrid songbirds2021

    • Author(s)
      柴田ゆき野、和多和宏
    • Organizer
      日本神経科学大会 第44回大会
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] 鳴禽類の歌行動進化の神経分子メカニズム Neural molecular mechanisms of song evolution in songbirds2021

    • Author(s)
      田路 矩之 、柴田 ゆき野、 辰本 荘司、 石川 裕恵、 郷 康広、 和多 和宏
    • Organizer
      日本動物学会 第92回大会
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] Heterosis and individual difference in syllable learning abilities in F1 hybrid songbirds2021

    • Author(s)
      Yukino Shibata, Noriyuki Toji, Yasuhiro Go, Syoji Tatsumoto, Hiroe Ishikawa, Kazuhiro Wada
    • Organizer
      日本比較生理化学会
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] Neural molecular mechanisms of the evolution of species-specific song in songbirds2021

    • Author(s)
      Noriyuki Toji, Yukino Shibata, Shoji Tatsumoto, Hiroe Ishikawa, Yasuhiro Go, Kazuhiro Wada
    • Organizer
      日本比較生理化学会
    • Related Report
      2021 Annual Research Report

URL: 

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

Information User Guide FAQ News Terms of Use Attribution of KAKENHI

Powered by NII kakenhi