Chemical communication determining reproduction strategy

• Project Area: Frontier research of chemical communications
• Project/Area Number: 18H04619
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: 渡辺 肇 大阪大学, 工学研究科, 教授 (80212322)
• Project Period (FY): 2018-04-01 – 2020-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2019)
• Budget Amount: ¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000); Fiscal Year 2019: ¥2,340,000 (Direct Cost: ¥1,800,000、Indirect Cost: ¥540,000); Fiscal Year 2018: ¥2,340,000 (Direct Cost: ¥1,800,000、Indirect Cost: ¥540,000)
• Keywords: ミジンコ / 化学コミュニケーション / オス産生誘導 / 精製 / 単為生殖 / 有性生殖 / センシング / バイオアッセイ

Outline of Annual Research Achievements

本研究では、微小甲殻類であるミジンコに着目した。ミジンコは通常は単為生殖によりメスのみで増殖するが、個体密度が上昇するとオスを産生し、有性生殖により危機的状況を乗り越えるシステムを有している。
まずミジンコにおけるオス産生条件の確立に成功した。特に、人工気象器でのオス産生に成功したのは世界初で、再現性良くオスを産生させることにより、スタートの試料を恒常的に調整することが可能となった。また飼育水に含まれるオス産生能を評価することにより、ミジンコでは生後3 日間飼育した飼育水に有意なオス産生誘導活性があることがわかった。この飼育水を別の個体に曝露するとオス産生が誘導されたことから、化学コミュニケーションにより、オス産生誘導がなされていることが示唆された。この発見により試料調整時間が10分の１以下になった。さらに評価系を改良することにより、オス産生誘導活性のアッセイ系を 100mL サイズにスケールダウンし確立できた。従来の知見では,オス産生のためにはメスだけを長期間飼育する必要があり,月単位の時間を要していたが、このアッセイ系の確立と飼育水調製の最適化は,従来非常に時間を短縮するものとなった。
これらの条件を確立した後に、3 日目の飼育水からのオス産生誘導活性物質の精製を行った。その結果、オス産生誘導活性物質の固相抽出に成功し、さらに HPLC で分画することに成功した。今後、さらに精製をすすめることにより、オス産生誘導活性物質の実体を明らかにすることが期待できる。
本研究では、多細胞生物における同種間の化学コミュニケーションに着目し、化学コミュニケーション分子の探索と機能解析をすすめた。同種間の繁殖にかかわる化学コミュニケーションを明らかにすることで、将来的に個体群の制御を含めた分子社会学の実現が可能になり大きな貢献が期待できる。

Research Progress Status

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] DNMT3.1 controls trade-offs between growth, reproduction, and life span under starved conditions in Daphnia magna (2021)
  • Author(s): Nguyen Nhan Duc、Matsuura Tomoaki、Kato Yasuhiko、Watanabe Hajime
  • Journal Title: Scientific Reports Volume: 11 Issue: 1 Pages: 0-0
  • DOI: 10.1038/s41598-021-86578-4
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Mutation of the Cytochrome P450 CYP360A8 Gene Increases Sensitivity to Paraquat in Daphnia magna (2021)
  • Author(s): Religia Pijar、Nguyen Nhan Duc、Nong Quang Dang、Matsuura Tomoaki、Kato Yasuhiko、Watanabe Hajime
  • Journal Title: Environmental Toxicology and Chemistry Volume: 0 Issue: 5 Pages: 0-0
  • DOI: 10.1002/etc.4970
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Two Doublesex1 mutants revealed a tunable gene network underlying intersexuality in Daphnia magna (2020)
  • Author(s): Nong Quang Dang、Matsuura Tomoaki、Kato Yasuhiko、Watanabe Hajime
  • Journal Title: PLOS ONE Volume: 15 Issue: 8 Pages: e0238256-e0238256
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0238256
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Roles of and cross-talk between ecdysteroid and sesquiterpenoid pathways in embryogenesis of branchiopod crustacean Daphnia magna (2020)
  • Author(s): Adhitama Nikko、Kato Yasuhiko、Matsuura Tomoaki、Watanabe Hajime
  • Journal Title: PLOS ONE Volume: 15 Issue: 10 Pages: e0239893-e0239893
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0239893
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Atrazine exposed phytoplankton causes the production of non-viable offspring on Daphnia magna (2019)
  • Author(s): Religia Pijar、Kato Yasuhiko、Fukushima Ery Odette、Matsuura Tomoaki、Muranaka Toshiya、Watanabe Hajime
  • Journal Title: Marine Environmental Research Volume: 145 Pages: 177-183
  • DOI: 10.1016/j.marenvres.2019.02.007
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Tryptophan hydroxylase (TRH) loss of function mutations induce growth and behavioral defects in Daphnia magna (2018)
  • Author(s): Rivetti Claudia、Campos Bruno、Pina Benjamin、Raldua Demetrio、Kato Yasuhiko、Watanabe Hajime、Barata Carlos
  • Journal Title: Scientific Reports Volume: 8 Issue: 1 Pages: 1518-1518
  • DOI: 10.1038/s41598-018-19778-0
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Microbiota inoculum composition affects holobiont assembly and host growth in Daphnia (2018)
  • Author(s): Martijn Callens、Hajime Watanabe、Yasuhiko Kato、Jun Miura、Ellen Decaestecker
  • Journal Title: Microbiome Volume: 6 Issue: 1 Pages: 56-56
  • DOI: 10.1186/s40168-018-0444-1
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Genomic integration and ligand-dependent activation of the human estrogen receptor α in the crustacean Daphnia magna (2018)
  • Author(s): Toerner Kerstin、Nakanishi Tsuyoshi、Matsuura Tomoaki、Kato Yasuhiko、Watanabe Hajime
  • Journal Title: PLOS ONE Volume: 13 Issue: 6 Pages: e0198023-e0198023
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0198023
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Generation of white-eyed Daphnia magna mutants lacking scarlet function (2018)
  • Author(s): Ismail Nur Izzatur Binti、Kato Yasuhiko、Matsuura Tomoaki、Watanabe Hajime
  • Journal Title: PLOS ONE Volume: 13 Issue: 11 Pages: e0205609-e0205609
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0205609
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] A 5′ UTR-Overlapping LncRNA Activates the Male-Determining Gene doublesex1 in the Crustacean Daphnia magna (2018)
  • Author(s): Kato Yasuhiko、Perez Christelle Alexa G.、Mohamad Ishak Nur Syafiqah、Nong Quang D.、Sudo Yuumi、Matsuura Tomoaki、Wada Tadashi、Watanabe Hajime
  • Journal Title: Current Biology Volume: 28 Issue: 11 Pages: 1811-1817
  • DOI: 10.1016/j.cub.2018.04.029
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Monitoring ecdysteroid activities using genetically encoded reporter gene in Daphnia magna (2018)
  • Author(s): Adhitama Nikko、Matsuura Tomoaki、Kato Yasuhiko、Watanabe Hajime
  • Journal Title: Marine Environmental Research Volume: 140 Pages: 375-381
  • DOI: 10.1016/j.marenvres.2018.07.003
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] A murine model of atopic dermatitis can be generated by painting the dorsal skin with hapten twice 14 days apart (2018)
  • Author(s): Kitamura Ayaka、Takata Ryohei、Aizawa Shin、Watanabe Hajime、Wada Tadashi
  • Journal Title: Scientific Reports Volume: 8 Issue: 1 Pages: 5988-5988
  • DOI: 10.1038/s41598-018-24363-6
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] ミジンコにおける生存戦略を決定する化学コミュニケーションの解明 (2020)
  • Author(s): 西上旺希，加藤泰彦，渡邉肇
  • Organizer: 日本分子生物学会
• [Presentation] 生殖戦略を決定する化学コミュニケーションの解明 (2018)
  • Author(s): 渡邉肇
  • Organizer: 新学術領域研究「化学コミュニケーションのフロンティア」第3回公開シンポジウム
• [Presentation] A 5´ UTR-overlapping LncRNA Activates the Male-determining Gene doublesex1 in the Crustacean Daphnia magna (2018)
  • Author(s): Yasuhiko Kato, Christelle Alexa G. Pelez, Nur Syafiqah Mohamad Ishak, Quang D. Nong, Tomoaki Matsuura, Tadashi Wada, Hajime Watanabe
  • Organizer: 第 20 回 日本 RNA 学会年会
• [Presentation] オオミジンコにおける毒性影響可視化のための遺伝子工学的手法の開発 (2018)
  • Author(s): 渡邉肇
  • Organizer: 第45回日本毒性学会学術年会
• [Presentation] Monitoring of chemical and metal contaminants using engineered Daphnia magna (2018)
  • Author(s): Yasuhiko Kato, Hajime Watanabe
  • Organizer: Second Interdisciplinary and Research Alumni Symposium iJaDe2018
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] オオミジンコにおける内分泌かく乱物質検出のためのGAL4/UASシステムの確立 (2018)
  • Author(s): 加藤泰彦、山崎勇人、松浦友亮、渡邉肇
  • Organizer: 第70回日本生物工学会大会
• [Presentation] Visualization of ecdysteroid activities using genetically encoded reporter gene in Daphnia magna (2018)
  • Author(s): Nikko Adhitama, Yasuhiko Kato, Tomoaki Matsuura, Hajime Watanabe
  • Organizer: 第70回日本生物工学会大会
• [Presentation] 気液界面培養下の気道上皮細胞への排ガス曝露影響評価法の検討－（1）送気流量の検討－ (2018)
  • Author(s): 伊藤剛、村木直美、田村久美子、利根川義男、石井幸雄、酒井康行、渡邉肇、高野裕久
  • Organizer: 第59回大気環境学会年会
• [Presentation] 気液界面培養下の気道上皮細胞への排ガス曝露影響評価法の検討－（2）線維芽細胞共培養の有効性の検討－ (2018)
  • Author(s): 村木直美、伊藤剛、田村久美子、利根川義男、石井幸雄、酒井康行、渡邉肇、高野裕久
  • Organizer: 第59回大気環境学会年会
• [Presentation] 再構成型無細胞翻訳系を用いたGタンパク質共役型受容体の安定化変異体の取得 (2018)
  • Author(s): 仲井宏紀、一色衣香、渡邉肇、村田武士、松浦友亮
  • Organizer: 「細胞を創る」研究会11.0
• [Presentation] In vitro evolution of E. coli multidrug efflux transporter EmrE by using liposome display (2018)
  • Author(s): 内田紗衣、植田淳子、渡邊肇、松浦友亮
  • Organizer: 「細胞を創る」研究会11.0
• [Presentation] オオミジンコの遺伝子操作法の開発と応用 (2018)
  • Author(s): 加藤泰彦、志賀靖弘、時下進一、山形秀夫、渡邉肇
  • Organizer: 東京薬科大学生命科学部25周年記念シンポジウム
• [Presentation] 環境応答により雌雄を産み分けるミジンコの性スペクトラム (2018)
  • Author(s): Yasuhiko Kato、Christelle Alexa G. Perez、Quang D. Nong、Hajime Watanabe
  • Organizer: 新学術領域研究 性スペクトラム 第二回 領域班会議
• [Presentation] 多剤排出トランスポーターEmrEを検出素子とした細胞毒性化合物検出技術の開発 (2018)
  • Author(s): 服部将人, 渡邉肇, 松浦友亮
  • Organizer: 第13回無細胞生命科学研究会
• [Presentation] A 5' UTR-Overlapping LncRNA Activates the Male- Determining Gene doublesex1 in the Crustacean Daphnia magna (2018)
  • Author(s): Yasuhiko Kato、Christelle Alexa G. Perez、Quang D. Nong、Hajime Watanabe
  • Organizer: JAJ RNA 2018
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] オオミジンコにおけるHSP70プロモーターを利用した熱誘導型遺伝子発現系の開発 (2018)
  • Author(s): 加藤泰彦、清水里奈、渡邉肇
  • Organizer: 第41回日本分子生物学会年会
• [Presentation] 環境応答により雌雄を産み分けるミジンコの性スペクトラム (2018)
  • Author(s): 加藤泰彦、Quang Dang Nong、渡邉肇
  • Organizer: 「先進ゲノム支援」2018年度拡大班会議
• [Presentation] Alterations in the activity of the sex determination factor dsx1 resulted in different intersex phenotypes in Daphnia magna (2018)
  • Author(s): Quang Dang Nong , Yasuhiko Kato , Hajime Watanabe
  • Organizer: 「先進ゲノム支援」2018年度拡大班会議
• [Presentation] Possibility of chemical communication among Daphnia individuals for reproductive strategy (2018)
  • Author(s): Yasuhiko Kato, Hajime Watanabe
  • Organizer: Frontier Research on Chemical Communications (ISCC2019)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 生態学と分子生物学の接点としてのミジンコ (2018)
  • Author(s): 渡邉肇
  • Organizer: 日本生態学会 第66回大会
  • Invited
• [Remarks] 大阪大学工学研究科生命先端工学専攻 渡邉研究室
  • URL: http://www.bio.eng.osaka-u.ac.jp/ez/