分子生態プロセス解析法を用いたミジンコ個体群の不安定化機構の解明

• Project/Area Number: 23K23964
• Project/Area Number (Other): 22H02701 (2022-2023)
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Multi-year Fund (2024); Single-year Grants (2022-2023)
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 45040:Ecology and environment-related
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: 加藤 泰彦 大阪大学, 大学院工学研究科, 准教授 (60415932)
• Project Period (FY): 2022-04-01 – 2026-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2024)
• Budget Amount: ¥17,550,000 (Direct Cost: ¥13,500,000、Indirect Cost: ¥4,050,000); Fiscal Year 2025: ¥2,340,000 (Direct Cost: ¥1,800,000、Indirect Cost: ¥540,000); Fiscal Year 2024: ¥2,470,000 (Direct Cost: ¥1,900,000、Indirect Cost: ¥570,000); Fiscal Year 2023: ¥5,200,000 (Direct Cost: ¥4,000,000、Indirect Cost: ¥1,200,000); Fiscal Year 2022: ¥7,540,000 (Direct Cost: ¥5,800,000、Indirect Cost: ¥1,740,000)
• Keywords: ミジンコ / 臨界減速 / マイクロコズム / 生物学的プロセス

Outline of Research at the Start

本研究では、個体群の絶滅の臨界点の前に生じる「臨界減速」と呼ばれる摂動に対して個体群の回復が遅れる現象の背後にあるメカニズムを、マイクロコズムを使って臨界減速現象を引き起こすことができるミジンコで解析する。個体群の個体の適応状態を経時的に解析し、臨界減速の要因となる生物学的プロセスの解明を目指す。

Outline of Annual Research Achievements

ミジンコは、良好な環境下では、単為生殖によりメスのみを産む。一方で、個体密度の上昇や日周期の変化などの環境の変化によりオスを産むようになり、メス自体も単為生殖から有性生殖へと生殖様式を転換し耐久卵と呼ばれる休眠卵を産むことができるようになる。本研究では、ミジンコ個体群の不安定化機構を解析するために、単為生殖から有性生殖への生殖様式の転換が生じる過程において、個体群動態の変化を遺伝子レベルで明らかにすることを目的とした。マイクロコズムにおいて生殖様式の転換を誘導するための個体密度、餌の種類、給餌条件を検討し、安定して有性生殖を誘導する条件を見出した。興味深いことに、クローン個体からスタートした個体群の中で、生殖様式を切り替える個体と切り替えない個体、成長の度合いが異なる個体などが生じること見出し、遺伝的な均一なクローン個体においても個体群中で個体差が生じることが明らかとなった。
次に、単為生殖から有性生殖へ生殖様式が転換される過程において、経時的にマイクロコズムからミジンコ個体をサンプリングした。同様に、良好な環境下が維持されているためミジンコの生殖様式の転換が生じないマイクロコズムからも経時的に個体のサンプリングを行った。サンプリングした個体の遺伝子発現をRNA-Seqにより解析するために、１個体から分解を起こさずにRNAを抽出する手法を検討し、最適な手法を確立した。続いて、経時的にサンプリングした各個体から Total RNA を抽出し、受託サービスを利用して RNA-Seq を行い、各個体の遺伝子発現情報を取得することに成功した。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

ミジンコ個体群の不安定化により生じる現象として、環境の変化による単為生殖から有性生殖への切り替え現象に焦点を当て、再現よく生殖様式の切り替えを誘導できる実験条件を見出し、さらに生殖様式が切り替わる過程での個体群中の各個体の遺伝子発現情報を取得することに成功したため。

Strategy for Future Research Activity

これまでに代表者等が整理したオオミジンコの遺伝子アイソフォームの情報やゲノム情報を利用して2023年度に得られたRNA-Seqのデータを解析し、個体群が不安定化する過程で生じる各個体の遺伝子発現変化を明らかにする。一方で、個体群が不安定化している時の細胞レベルでの応答を解析するために、ミジンコ個体、もしくは組織から細胞を単離する手法を確立する。そして細胞レベルでの遺伝子発現解析を行い、個体群動態の変化の背後にある分子メカニズムの解明を目指す。

Research Products

• [Journal Article] ミジンコにおける性決定RNAの多面的機能 (2023)
  • Author(s): 加藤泰彦
  • Journal Title: 月刊メディカル・サイエンス・ダイジェスト (MSD) Volume: 49 Pages: 516-519
• [Journal Article] Neonatal administration of synthetic estrogen, diethylstilbestrol to mice up-regulates inflammatory Cxclchemokines located in the 5qE1 region in the vaginal epithelium (2023)
  • Author(s): Kitamura Ayaka、Jiayue Chen、Suwa Tomoya、Kato Yasuhiko、Wada Tadashi、Watanabe Hajime
  • Journal Title: PLOS ONE Volume: 18 Issue: 3 Pages: e0280421-e0280421
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0280421
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] 湖沼のヒロイン，ミジンコを分子の言葉で理解する (2022)
  • Author(s): 加藤 泰彦
  • Journal Title: Seibutsu-kogaku Kaishi Volume: 100 Issue: 7 Pages: 383-383
  • DOI: 10.34565/seibutsukogaku.100.7_383
  • ISSN: 0919-3758, 2435-8630
  • Year and Date: 2022-07-25
  • Open Access
• [Journal Article] Regulation of Doublesex1 Expression for Environmental Sex Determination in the Cladoceran Crustacean Daphnia (2022)
  • Author(s): Kato Yasuhiko、Watanabe Hajime
  • Journal Title: Frontiers in Cell and Developmental Biology Volume: 10 Pages: 881255-881255
  • DOI: 10.3389/fcell.2022.881255
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] CELF1 represses Doublesex1 expression via its 5’ UTR in the crustacean Daphnia magna (2022)
  • Author(s): Tirta Yusrifar Kharisma、Adachi Shungo、Perez Christelle Alexa Garcia、Adhitama Nikko、Nong Quang Dang、Natsume Toru、Kato Yasuhiko、Watanabe Hajime
  • Journal Title: PLOS ONE Volume: 17 Issue: 10 Pages: e0275526-e0275526
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0275526
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] The Mechanism for Establishing the Binary Sex with Environmental Signals in the Crustacean Daphnia magna (2022)
  • Author(s): Kato Yasuhiko、Watanabe Hajime
  • Journal Title: Spectrum of Sex Volume: - Pages: 203-219
  • DOI: 10.1007/978-981-19-5359-0_12
  • ISBN: 9789811953583, 9789811953590
• [Presentation] RNAの柔軟性がもたらすミジンコ性決定の頑健性 (2024)
  • Author(s): 加藤 泰彦
  • Organizer: 第3回 Kansai RNA Club (KRC)
  • Invited
• [Presentation] Targeted gene silencing with the CRISPR effector Cas7-11 in the crustacean Daphnia magna (2023)
  • Author(s): Yasuhiko Kato, Yusrifar Kharisma Tirta, Nikko Adhitama, Hajime Watanabe
  • Organizer: 第 24 回 日本 RNA 学会年会
• [Presentation] A 5´ UTR-overlapping lncRNA controls environmental sex determination in the freshwater crustacean Daphnia magna (2023)
  • Author(s): Yasuhiko Kato, Christelle Alexa Garcia Perez, Shungo Adachi, Nikko Adhitama, Toru Natsume, Hajime Watanabe
  • Organizer: EMBO | COB Workshop "Trans-Scale Biology using exotic non-model organisms"
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] DNA methyltransferase 3.1 controls energy allocations during starvation in the freshwater crustacean Daphnia magna (2023)
  • Author(s): Nikko Adhitama, Nguyen Duc Nhan, Yasuhiko Kato, Hajime Watanabe
  • Organizer: EMBO | COB Workshop "Trans-Scale Biology using exotic non-model organisms"
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] オオミジンコにおける性差を示すアイソフォームの同定 (2023)
  • Author(s): 加藤 泰彦，新田 ジョエル，Christelle Alexa Perez，Nikko Adhitama，豊田 敦，岩崎 渉，渡邉 肇
  • Organizer: 日本動物学会 第94回大会 2023
• [Presentation] ミジンコにおけるエクジステロイド受容体発現の蛍光ライブイメージング (2023)
  • Author(s): Nikko Adhitama，加藤 泰彦，渡邉 肇
  • Organizer: 日本動物学会 第94回大会 2023
• [Presentation] ミジンコの大家族計画：不要なオスをつくらない仕組みとは？ (2023)
  • Author(s): 加藤 泰彦
  • Organizer: The 171st Scienc-ome
  • Invited
• [Presentation] ゲノム編集ミジンコの作出と環境依存型性決定機構の解析への応用 (2022)
  • Author(s): 加藤泰彦、渡邉肇
  • Organizer: 日本ゲノム編集学会第7回大会
  • Invited
• [Presentation] ノックイン技術で迫るミジンコにおける環境依存的な性決定の仕組み (2022)
  • Author(s): 加藤泰彦、渡邉肇
  • Organizer: 日本動物学会 第93回早稲田大会
  • Invited
• [Presentation] ミジンコの環境依存型性決定における doublesex1 遺伝子の発現制御 (2022)
  • Author(s): 加藤泰彦、渡邉肇
  • Organizer: 第8回生殖若手の会
  • Invited
• [Presentation] オオミジンコにおける有用タンパク質高発現ベクターの構築と利用 (2022)
  • Author(s): 柴田成樹、リー デイビッド、アディタマ ニッコ、加藤泰彦、渡邉肇
  • Organizer: 第74回日本生物工学会大会
• [Presentation] オオミジンコにおけるCRISPR/dCas9を利用した遺伝子発現活性化システムの開発 (2022)
  • Author(s): 原あや乃、アディタマ ニッコ、加藤泰彦、渡邉肇
  • Organizer: 第74回日本生物工学会大会
• [Presentation] Fluorescence live imaging of the apoptotic effects induced by a juvenile hormone analog, fenoxycarb, in the developing ovary of Daphnia magna (2022)
  • Author(s): Lichi Hsieh、Nikko Adhitama、Yasuhiko Kato、Hajime Watanabe
  • Organizer: 第 45 回日本分子生物学会大会
• [Presentation] 甲殻類オオミジンコにおけるサーチュイン1遺伝子の機能解析 (2022)
  • Author(s): 平野啓太、アディタマ ニッコ、加藤泰彦、渡邉肇
  • Organizer: 第 45 回日本分子生物学会大会
• [Presentation] Analysis of the transactivation region of the 5´ UTR overlapping lncRNA DAPALR in the crustacean Daphnia magna (2022)
  • Author(s): Yasuhiko Kato、Christelle Alexa G Perez、Hajime Watanabe
  • Organizer: Cold Spring Harbor Asia (CSHA) RNA Biology
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] The RNA binding protein CELF1 represses the male determining gene Doublesex1 via its 5_ UTR in the crustacean Daphnia magna (2022)
  • Author(s): Yusrifar K Tirta、Shungo Adachi、Christelle Alexa G Perez、Nikko Adhitama、Quang Dang Nong、Toru Natsume、Yasuhiko Kato、Hajime Watanabe
  • Organizer: Cold Spring Harbor Asia (CSHA) RNA Biology
  • Int'l Joint Research