トランスクリプトームのゆらぎがもたらす新規ニッチへの進出能力

• Project Area: Evolutionary theory for constrained and directional diversities
• Project/Area Number: 20H04873
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Biological Sciences
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 石川 麻乃 東京大学, 大学院新領域創成科学研究科, 准教授 (20722101)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2022-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2021)
• Budget Amount: ¥10,270,000 (Direct Cost: ¥7,900,000、Indirect Cost: ¥2,370,000); Fiscal Year 2021: ¥5,330,000 (Direct Cost: ¥4,100,000、Indirect Cost: ¥1,230,000); Fiscal Year 2020: ¥4,940,000 (Direct Cost: ¥3,800,000、Indirect Cost: ¥1,140,000)
• Keywords: トランスクリプトーム / ゆらぎ / 揺らぎ / 環境変動

Outline of Research at the Start

表現型のゆらぎは、新規ニッチへの進出を駆動／制約することで、進化を方向づけるのではないか？生物の新規ニッチへの進出は、新規形質の獲得や種分化、大進化を促進する。一方、全ての生物種が同一の新規ニッチ進出能力を持つわけではなく、そこには一定の制約と方向性がある。本研究では、この制約と方向性を生む機構として、表現型のゆらぎや方向性の違いに着目し、その分子的実態と新規ニッチ進出に果たす具体的な役割を解明する。

Outline of Annual Research Achievements

本研究では、生物の新規ニッチ進出の制約と方向性を生む機構として、表現型のゆらぎや方向性の違いに着目し、その分子的実態と新規ニッチ進出に果たす具体的な役割を解明する。モデルとしたのは、淡水ニッチへの進出能力が異なるトゲウオ科イトヨ２種である。イトヨは世界各地で海から淡水への進出に成功し、多様化を遂げている。一方、近縁種であるニホンイトヨは淡水域に一切進出していない。私たちの研究から、ニッチ進出能力の高いイトヨは、進出能力の低いニホンイトヨに比べて、淡水域への適応に関わる遺伝子発現のゆらぎが大きいことが示唆された。これは、トランスクリプトームのゆらぎの進化が、淡水ニッチへの進出と適応に寄与していることを示唆している。そこで、本研究では、『トランスクリプトームのゆらぎの差が新規ニッチへの進出・適応能力を規定している』という仮説を立て、このゆらぎの違いを生むゲノム領域／候補変異を同定し、それらが新規ニッチ進出に果たす具体的な役割を実験的、定量的に解析することで、これを検証することを目指した。イトヨとニホンイトヨのトランスクリプトームのゆらぎを定量的に計測するため、同一卵塊から得られた孵化後１ヶ月の幼魚をさまざまな環境条件に曝露し、孵化後8ヶ月までの生存率を確認すると、イトヨはニホンイトヨに比べ、淡水条件下で高い生存率を示した一方で、ニホンイトヨはイトヨに比べ、広い温度条件下で高い生存率を示した。またそれぞれの環境で成長率も異なった。これはイトヨがニホンイトヨに比べて淡水進出能力を持つ一方で、ニホンイトヨはより広い緯度に分布していることと一致しており、新規ニッチ進出能力の制約や方向性が、それぞれの環境応答性と関係することを改めて示してた。今後得られる各組織のRNAseqデータにより、制約や方向性を生む環境応答性の候補遺伝子や、その環境応答性の違いを生むゲノム領域や候補変異を同定する。

Research Progress Status

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Construction of a chromosome-level Japanese stickleback species genome using ultra-dense linkage analysis with single-cell sperm sequencing. (2022)
  • Author(s): Yoshitake K, Ishikawa A, Yonezawa R, Kinoshita S, Kitano J, and Asakawa S.
  • Journal Title: NAR Genomics and Bioinformatics Volume: -
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Convergent copy number increase of genes associated with freshwater colonisation in fishes (2022)
  • Author(s): Ishikawa A, Yamanouchi S, Iwasaki W, and Kitano J.
  • Journal Title: Philosophical Transactions of the Royal Society B: Biological Sciences Volume: -
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Genetic basis for variation in the number of cephalic pores in a hybrid zone between closely related species of goby, Gymnogobius breunigii and Gymnogobius castaneus (2021)
  • Author(s): Kakioka Ryo、Kume Manabu、Ishikawa Asano、Ansai Satoshi、Hosoki Takuya K、Yamasaki Yo Y、Nagano Atsushi J、Toyoda Atsushi、Kitano Jun
  • Journal Title: Biological Journal of the Linnean Society Volume: - Issue: 1 Pages: 143-154
  • DOI: 10.1093/biolinnean/blab033
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] The evolutionary ecology of fatty‐acid variation: Implications for consumer adaptation and diversification (2021)
  • Author(s): Twining Cornelia W.、Bernhardt Joey R.、Derry Alison M.、Hudson Cameron M.、Ishikawa Asano、Kabeya Naoki、Kainz Martin J.、Kitano Jun、Kowarik Carmen、Ladd Sarah Nemiah、Leal Miguel C.、Scharnweber Kristin、Shipley Jeremy R.、Matthews Blake
  • Journal Title: Ecology Letters Volume: 24 Issue: 8 Pages: 1709-1731
  • DOI: 10.1111/ele.13771
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Copy number variation of a fatty acid desaturase gene <i>Fads2</i> associated with ecological divergence in freshwater stickleback populations (2021)
  • Author(s): Ishikawa Asano、Stuart Yoel E.、Bolnick Daniel I.、Kitano Jun
  • Journal Title: Biology Letters Volume: 17 Issue: 8 Pages: 20210204-20210204
  • DOI: 10.1098/rsbl.2021.0204
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Differences in the contributions of sex linkage and androgen regulation to sex-biased gene expression in juvenile and adult sticklebacks. (2020)
  • Author(s): Kitano J, Kakioka R, Ishikawa A, Toyoda A Kusakabe M.
  • Journal Title: Journal of Evolutionary Biology Volume: 33 Issue: 8 Pages: 1129-1138
  • DOI: 10.1111/jeb.13662
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Diversity in reproductive seasonality in the three-spined stickleback, Gasterosteus aculeatus (2020)
  • Author(s): Ishikawa Asano、Kitano Jun
  • Journal Title: Journal of Experimental Biology Volume: 223 Issue: Suppl_1
  • DOI: 10.1242/jeb.208975
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Multiple waves of freshwater colonization of the three-spined stickleback in the Japanese Archipelago (2020)
  • Author(s): Kakioka Ryo、Mori Seiichi、Kokita Tomoyuki、Hosoki Takuya K.、Nagano Atsushi J.、Ishikawa Asano、Kume Manabu、Toyoda Atsushi、Kitano Jun
  • Journal Title: BMC Evolutionary Biology Volume: 20 Issue: 1 Pages: 143-143
  • DOI: 10.1186/s12862-020-01713-5
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Patterns of genomic divergence and introgression between Japanese stickleback species with overlapping breeding habitats (2020)
  • Author(s): Ravinet Mark、Kume Manabu、Ishikawa Asano、Kitano Jun
  • Journal Title: Journal of Evolutionary Biology Volume: 34 Issue: 1 Pages: 114-127
  • DOI: 10.1111/jeb.13664
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Presentation] A key gene important for freshwater colonization and radiation (2022)
  • Author(s): Ishikawa A
  • Organizer: 日本生態学会
  • Invited
• [Presentation] A key metabolic gene important for freshwater colonization and adaptation (2021)
  • Author(s): Ishikawa A
  • Organizer: ICZ Virtual Conference 2021
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Genetic molecular mechanisms underlying life-history evolution in sticklebacks (2021)
  • Author(s): Ishikawa A
  • Organizer: NIBB-Academia Sinica International Webinar of Aquatic Model Organisms for Basic Biology to Human Disease Models
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] ヒトと魚をつなぐ脂肪酸代謝の進化機構 (2021)
  • Author(s): 石川 麻乃
  • Organizer: 第75回日本人類学会大会
  • Invited
• [Presentation] トゲウオから探る季節性生活史の収斂進化の分子遺伝基盤 (2021)
  • Author(s): 石川 麻乃
  • Organizer: 日本遺伝学会第93回大会
  • Invited
• [Presentation] トゲウオから探る生活史の収斂進化の分子遺伝機構 (2021)
  • Author(s): 石川 麻乃
  • Organizer: 第66回日本生態学会
• [Presentation] トゲウオから探る生活史の収斂進化の鍵遺伝子 (2020)
  • Author(s): 石川 麻乃
  • Organizer: 第52回種生物学会シンポジウム
  • Invited
• [Presentation] Molecular genetic mechanisms underlying convergent evolution of life-history traits in sticklebacks (2020)
  • Author(s): Ishikawa A
  • Organizer: 第43回日本分子生物学会
  • Invited
• [Presentation] 生活史の適応進化を生む分子遺伝機構 ー変異/遺伝子、生理、適応度を繋ぐー (2020)
  • Author(s): 石川 麻乃
  • Organizer: 第66回日本生態学会
  • Invited