Identification of singularity cells that masculinize a primary organizer in response to environmental stimuli

• Project Area: Singularity biology
• Project/Area Number: 19H05423
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Complex systems
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: 加藤 泰彦 大阪大学, 工学研究科, 准教授 (60415932)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2021-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2020)
• Budget Amount: ¥8,580,000 (Direct Cost: ¥6,600,000、Indirect Cost: ¥1,980,000); Fiscal Year 2020: ¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000); Fiscal Year 2019: ¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000)
• Keywords: シンギュラリティ細胞 / オーガナイザー / オス化 / 転写因子 / オオミジンコ / ダブルセックス / ヴリル

Outline of Research at the Start

甲殻類ミジンコにおいて、わずか１時間の環境刺激で発生プログラムがメス型からオス型へと切り替わる時に生じるシンギュラリティ現象、胚発生の司令塔「オーガナイザー」のオス化を誘導するシンギュラリティ細胞を同定する。このために、「オーガナイザー」のオス化以前に性特異的に転写因子を発現する細胞の挙動をそれぞれライブイメージングにより解析し、各転写因子を発現する細胞の時空間的な関係性を明らかにする。また、それぞれの転写因子の発現に人為的な摂動を与え、シンギュラリティ現象を制御する細胞を明らかにする。

Outline of Annual Research Achievements

本研究では、シンギュラリティ生物学に資する生物現象として甲殻類ミジンコにおける環境依存的なオス決定をモデルとした。私たちは、以前にミジンコの嚢胚におけるオーガナイザー様の領域でオス決定転写因子Dsx1が働き、これがシンギュラリティ現象となってオス化が誘導されることを発見していた。転写因子Vrilleはシンギュラリティ現象よりも前に発現してDsx1を活性化することからVrille発現細胞はシンギュラリティ細胞と予想されることも見出していた。そこで本年度は、VrilleのORFの3´側に緑色蛍光タンパク質mClover3のCDSを CRISPR-Cas9 を用いてノックインし、 Vrille の発現パターンを緑色蛍光のライブイメージングにより時空間的に解析した。その結果、初期胚にオスにおいてのみ起こる Vrille mRNAの極僅かな発現と一致して、嚢胚時期にmClover3ポジティブの少数の細胞を発見した。一方で、HSP70プロモーターの下流にGFPを有する熱ショックレポーター遺伝子をノックインした遺伝子組換えオオミジンコを用いて、IR-LEGO 法により胚に赤外線レーザーを照射することで細胞レベルで熱ショックにより遺伝子発現を誘導する方法を開発することにも成功した。以上の成果から、今後 Vrille 発現に摂動を与え、Vrille 発現細胞がシンギュラリティ細胞として機能しているか明らかにするための基盤が整った。

Research Progress Status

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] The freshwater water flea Daphnia magna NIES strain genome as a resource for CRISPR/Cas9 gene targeting: The glutathione S-transferase omega 2 gene (2022)
  • Author(s): Byeon Eunjin、Kim Min-Sub、Kim Duck-Hyun、Lee Yoseop、Jeong Haksoo、Lee Jin-Sol、Hong Sung-Ah、Park Jun Chul、Kang Hye-Min、Sayed Alaa El-Din H.、Kato Yasuhiko、Bae Sangsu、Watanabe Hajime、Lee Young Hwan、Lee Jae-Seong
  • Journal Title: Aquatic Toxicology Volume: 242 Pages: 106021-106021
  • DOI: 10.1016/j.aquatox.2021.106021
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Development of transgenic Daphnia magna for visualizing homology-directed repair of DNA (2022)
  • Author(s): Fatimah Rizky Mutiara、Adhitama Nikko、Kato Yasuhiko、Watanabe Hajime
  • Journal Title: Scientific Reports Volume: 12 Issue: 1 Pages: 2497-2497
  • DOI: 10.1038/s41598-022-06526-8
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Cell-Free Synthesis of Human Endothelin Receptors and Its Application to Ribosome Display (2022)
  • Author(s): Nakai Hiroki、Isshiki Kinuka、Hattori Masato、Maehira Hiromasa、Yamaguchi Tatsumi、Masuda Keiko、Shimizu Yoshihiro、Watanabe Takayoshi、Hohsaka Takahiro、Shihoya Wataru、Nureki Osamu、Kato Yasuhiko、Watanabe Hajime、Matsuura Tomoaki
  • Journal Title: Analytical Chemistry Volume: 94 Issue: 9 Pages: 3831-3839
  • DOI: 10.1021/acs.analchem.1c04714
  • Peer Reviewed
• [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] Sense-overlapping lncRNA as a decoy of translational repressor protein for dimorphic gene expression (2021)
  • Author(s): Perez Christelle Alexa Garcia、Adachi Shungo、Nong Quang Dang、Adhitama Nikko、Matsuura Tomoaki、Natsume Toru、Wada Tadashi、Kato Yasuhiko、Watanabe Hajime
  • Journal Title: PLOS Genetics Volume: 17 Issue: 7 Pages: e1009683-e1009683
  • DOI: 10.1371/journal.pgen.1009683
  • Peer Reviewed / Open Access
• [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] Complete mitochondrial genome of the freshwater water flea Daphnia magna NIES strain (Cladocera, Daphniidae): Rearrangement of two ribosomal RNA genes (2020)
  • Author(s): Lee Jin-Sol、Kim Duck-Hyun、Choi Beom-Soon、Kato Yasuhiko、Watanabe Hajime、Lee Jae-Seong
  • Journal Title: Mitochondrial DNA Part B Volume: 5 Issue: 2 Pages: 1822-1823
  • DOI: 10.1080/23802359.2020.1750995
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Oligosaccharides derived from dragon fruit modulate gut microbiota, reduce oxidative stress and stimulate toll-pathway related gene expression in freshwater crustacean Daphnia magna (2020)
  • Author(s): Sangkuanun Thanwarat、Wichienchot Santad、Kato Yasuhiko、Watanabe Hajime、Peerakietkhajorn Saranya
  • Journal Title: Fish & Shellfish Immunology Volume: 103 Pages: 126-134
  • DOI: 10.1016/j.fsi.2020.04.046
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [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] Production of genome-edited Daphnia for heavy metal detection by fluorescence (2020)
  • Author(s): Arao Takuto、Kato Yasuhiko、Nong Quang Dang、Yamamoto Hiroshi、Watanabe Haruna、Matsuura Tomoaki、Tatarazako Norihisa、Tani Kazune、Okamoto Akira、Matsumoto Takeru、Watanabe Hajime
  • Journal Title: Scientific Reports Volume: 10 Issue: 1 Pages: 21490-21490
  • DOI: 10.1038/s41598-020-78572-z
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Caloric restriction upregulates the expression ofDNMT3.1, lacking the conserved catalytic domain, inDaphnia magna (2020)
  • Author(s): Nguyen Nhan Duc、Matsuura Tomoaki、Kato Yasuhiko、Watanabe Hajime
  • Journal Title: genesis Volume: 58 Issue: 12
  • DOI: 10.1002/dvg.23396
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Reduction of histamine and enhanced spinning behavior of Daphnia magna caused by scarlet mutant (2020)
  • Author(s): Ismail Nur Izzatur Binti、Kato Yasuhiko、Matsuura Tomoaki、G?mez‐Canela Cristian、Barata Carlos、Watanabe Hajime
  • Journal Title: genesis Volume: 59 Issue: 3
  • DOI: 10.1002/dvg.23403
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Variations in effects of ectosymbiotic microbes on the growth rates among different species and genotypes of Daphnia fed different algal diets (2020)
  • Author(s): Zhang Xuan、Ohtsuki Hajime、Makino Wataru、Kato Yasuhiko、Watanabe Hajime、Urabe Jotaro
  • Journal Title: Ecological Research Volume: 36 Issue: 2 Pages: 303-312
  • DOI: 10.1111/1440-1703.12194
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Biogenesis and Function of the Noncoding Isoform-Type LncRNAs (2020)
  • Author(s): Kato Yasuhiko、Watanabe Hajime
  • Journal Title: The Chemical Biology of Long Noncoding RNAs (RNA Technologies, 11) Volume: - Pages: 85-102
  • DOI: 10.1007/978-3-030-44743-4_3
  • ISBN: 9783030447427, 9783030447434
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] In vitro synthesis of the human calcium transporter Letm1 within cell-sized liposomes and investigation of its lipid dependency (2019)
  • Author(s): Okamura Kosuke、Matsushita Shuhei、Kato Yasuhiko、Watanabe Hajime、Matsui Aiko、Oka Toshihiko、Matsuura Tomoaki
  • Journal Title: Journal of Bioscience and Bioengineering Volume: 127 Issue: 5 Pages: 544-548
  • DOI: 10.1016/j.jbiosc.2018.11.003
  • NAID: 40021891579
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Parasite‐mediated selection in a natural metapopulation of Daphnia magna (2019)
  • Author(s): Cabalzar Andrea P.、Fields Peter D.、Kato Yasuhiko、Watanabe Hajime、Ebert Dieter
  • Journal Title: Molecular Ecology Volume: 28 Issue: 21 Pages: 4770-4785
  • DOI: 10.1111/mec.15260
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Class?III Polyphosphate Kinase?2 Enzymes Catalyze the Pyrophosphorylation of Adenosine‐5′‐Monophosphate (2019)
  • Author(s): Ogawa Marin、Uyeda Atsuko、Harada Kazuo、Sato Yu、Kato Yasuhiko、Watanabe Hajime、Honda Kohsuke、Matsuura Tomoaki
  • Journal Title: ChemBioChem Volume: 20 Issue: 23 Pages: 2961-2967
  • DOI: 10.1002/cbic.201900303
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] 甲殻類ミジンコの性決定 (2019)
  • Author(s): 加藤泰彦、渡邉肇
  • Journal Title: 甲殻類ミジンコの性決定 Volume: 54 Pages: 4-7
• [Presentation] Functional analysis of the lncRNA interacting protein CELF2 in regulating the sex-determining gene dsx1 in Daphnia magna (2021)
  • Author(s): Tirta, Y. K., Adachi, S., Perez, C.A.G., Nong, Q.D., Natsume, T., Kato, Y., Watanabe, H.
  • Organizer: 第22回日本RNA学会年会
• [Presentation] Sense-overlapping lncRNA as a decoy of translational repressor protein for dimorphic gene expression (2021)
  • Author(s): Perez, C.A.G., Adachi, S., Nong, Q.D., Adhitama, N., Natsume, T., Wada, T., Kato, Y., Watanabe, H.
  • Organizer: 第22回日本RNA学会年会
• [Presentation] 遺伝子編集ミジンコを用いた環境水中のホルモン様活性のバイオモニタリング (2021)
  • Author(s): Hsieh, L-C., 野田彩乃、Nikko Adhitama、加藤泰彦、渡邉肇
  • Organizer: 第48回日本毒性学会学術年会
• [Presentation] 環境水のホルモン様活性可視化ミジンコの作製 (2020)
  • Author(s): 加藤泰彦、野田彩乃、Nikko Adhitama、渡邉肇
  • Organizer: 第47回日本毒性学会学術年会
• [Presentation] Functional analyses of Polycomb in Daphnia magna (2020)
  • Author(s): Leim. J., Kato. Y., Watanabe, H.
  • Organizer: 第43回日本分子生物学会年会
• [Presentation] オオミジンコ (Daphnia magna) の脂肪酸代謝における共生菌の機能解析 (2020)
  • Author(s): 丸山樹生、加藤泰彦、渡邉肇
  • Organizer: 第43回日本分子生物学会年会
• [Presentation] オオ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: 第43回日本分子生物学会年会
• [Presentation] オオミジンコへのオーキシンデグロンシステムの導入 (2020)
  • Author(s): 阪本寛菜、西村浩平、加藤泰彦、渡邉肇
  • Organizer: 第43回日本分子生物学会年会
• [Presentation] DNMT3.1は、ミジンコ類の甲殻類Daphnia magnaの飢餓状態での寿命と、成長と繁殖力の間のトレードオフを制御します。 (2020)
  • Author(s): Nguyen. N.、松浦友亮、加藤泰彦、渡邉肇
  • Organizer: 第43回日本分子生物学会年会
• [Presentation] 甲殻類ミジンコにおけるメラニン生合成遺伝子の機能解析 (2020)
  • Author(s): 林笑梨紗、加藤泰彦、渡邉肇
  • Organizer: 第43回日本分子生物学会年会
• [Presentation] オオミジンコにおける非相同末端結合に関わる遺伝子のノックアウト (2020)
  • Author(s): 宮地秀幸、Fatimah, R.M., 中西貴士、加藤泰彦、渡邉肇
  • Organizer: 第43回日本分子生物学会年会
• [Presentation] Roles of and interaction between ecdysteroid and sesquiterpenoid biosynthesis genes in embryogenesis of Daphnia magna (2020)
  • Author(s): Adhitama. N., Kato. Y., Matsuura, T., Watanabe, H
  • Organizer: 第43回日本分子生物学会年会
• [Presentation] 5' UTR-overlapping lncRNA unlocks Doublesex1 translation by evicting the RNA binding protein Shep (2020)
  • Author(s): Perez, C.A.G., Adachi, S., Nong, Q.D., Matsuura, T., Natsume, T., Kato, Y., Watanabe, H.
  • Organizer: 第43回日本分子生物学会年会
• [Presentation] Functional analysis of lncRNA interacting protein CELF2 in regulating the sex-determining gene dsx1 in Daphnia magna (2020)
  • Author(s): Tirta, Y. K., Adachi, S., Sumi, S., Perez, C.A.G., Nong, Q.D., Matsuura, T., Natsume, T., Kato, Y., Watanabe, H.
  • Organizer: 第43回日本分子生物学会年会
• [Presentation] Development of transgenic Daphnia magna for visualizing homology directed repair of DNA double strand break (2020)
  • Author(s): Fatimah. R. M., Kato. Y., Matsuura, T., Watanabe, H.
  • Organizer: 第43回日本分子生物学会年会
• [Presentation] GAL4/UASシステムを用いたオオミジンコのエクシステロイド活性検出への応用 (2020)
  • Author(s): 山本雄大、山崎勇人、加藤泰彦、渡邉肇
  • Organizer: 第43回日本分子生物学会年会
• [Presentation] Molecular mechanism of adaptive sex ratio adjustment in the water flea Daphnia magna (2020)
  • Author(s): Yasuhiko Kato, Quang D. Nong, Christelle Alexa G. Pelez, Nur Syafiqah Mohamad Ishak, Hajime Watanabe
  • Organizer: EMBL Symposia "The Organism and its Environment"
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Monitoring of hormonal activities in the water flea Daphnia magna using genome editing tools (2020)
  • Author(s): Yasuhiko Kato, Ayano Noda, Yudai Yamamoto, Yuto Yamazaki, Nikko Adhitama, Hajime Watanabe
  • Organizer: EMBL Symposia "The Organism and its Environment"
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Molecular mechanism of adaptive sex ratio adjustment in the water flea Daphnia magna (2020)
  • Author(s): Yasuhiko Kato, Quang Dang Nong, Christelle Alexa Garcia Perez, Nur Syafiqah Mohamad Ishak, Hajime Watanabe
  • Organizer: EMBO | EMBL Symposia The Organism and its Environment
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Monitoring of hormonal activities in the water flea Daphnia magna using genome editing tools (2020)
  • Author(s): Yasuhiko Kato, Ayano Noda, Yudai Yamamoto, Yuto Yamazaki, Nikko Adhitama, Hajime Watanabe
  • Organizer: EMBO | EMBL Symposia The Organism and its Environment
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 生殖戦略を決定する化学コミュニケーションの解明 (2019)
  • Author(s): 西上旺希、加藤泰彦、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5回公開シンポジウム
• [Presentation] オオミジンコにおける長鎖ノンコーディングRNAによるdoublesex1遺伝子の活性化 (2019)
  • Author(s): 加藤 泰彦，Perez Christelle Alexa，Nong Quang，Mohamad Ishak Nur Syafiqah，和田 忠志，渡邉 肇
  • Organizer: 日本動物学会 第90回 大阪大会
• [Presentation] Atrazine exposed phytoplankton causes the production of non-viable offspring on Daphnia magna. (2019)
  • Author(s): Pijar Religia, Yasuhiko Kato, Ery Odette Fukushima, Tomoaki Matsuura, Toshiya Muranaka, Hajime Watanabe
  • Organizer: 日本動物学会 第90回 大阪大会
• [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 (2019)
  • Author(s): 加藤 泰彦，Perez Christelle Alexa，Nong Quang，渡邉 肇
  • Organizer: 新学術領域研究「性スペクトラム _連続する表現型としての雌雄」第3回領域会議
• [Presentation] 遺伝子組み換え技術を応用したオオミジンコにおける幼若ホルモン活性の可視化 (2019)
  • Author(s): 野田彩乃、加藤泰彦、松浦友亮、渡邉肇
  • Organizer: 第71回日本生物工学会大会
• [Presentation] ビテロジェニン輸送経路を利用した組換えタンパク質のミジンコ卵への蓄積系 (2019)
  • Author(s): 辻 勇祐, 加藤 泰彦, 渡邉 肇
  • Organizer: 第42回日本分子生物学会年会
• [Presentation] Development of a reporter system to visualize juvenile hormone activity in Daphnia magna (2019)
  • Author(s): 野田彩乃、加藤泰彦、松浦友亮、渡邉肇
  • Organizer: 第42回日本分子生物学会年会
• [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 (2019)
  • Author(s): 西上旺希、加藤泰彦、渡邉肇
  • Organizer: 「化学コミュニケーションのフロンティア」 第 6 回公開シンポジウム
• [Presentation] ミジンコにおけるオス決定因子Dsx1発現細胞のトランスクリプトーム解析 (2019)
  • Author(s): 加藤泰彦, Quang Dang Nong, 渡邉肇
  • Organizer: 「先進ゲノム支援」2019年度拡大班会議
• [Presentation] ミジンコにおける性特異的な長鎖ノンコーディングRNAの探索 (2019)
  • Author(s): 加藤泰彦, Christelle Alexa Gracia Perez, 渡邉肇
  • Organizer: 「先進ゲノム支援」2019年度拡大班会議