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Fluctuation and evolution of gene regulatory networks in Xenopus tropicalis development

Publicly Offered Research

Project AreaEvolutionary theory for constrained and directional diversities
Project/Area Number 20H04875
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)

Allocation TypeSingle-year Grants
Review Section Biological Sciences
Research InstitutionInstitute of Physical and Chemical Research

Principal Investigator

安岡 有理  国立研究開発法人理化学研究所, 生命医科学研究センター, 研究員 (70724954)

Project Period (FY) 2020-11-19 – 2022-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2021)
Budget Amount *help
¥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進化 / 発生 / ゲノミクス / 遺伝子発現制御 / 網羅的遺伝子発現解析 / 多型解析 / Otx2 / 頭部形成 / 1細胞解析 / 1細胞解析
Outline of Research at the Start

多細胞生物ボディプランの進化をもたらす大きな原動力の一つは、胚発生期における遺伝子発現パターンの変動、すなわち遺伝子制御ネットワーク(GRN)の改変である。本研究では、GRNの進化の制約と方向性を定量的・理論的に導き出すことを目的に、GRNの種ごと・個体ごとのばらつき(=「揺らぎ」)に着目した解析を行う。実験にはネッタイツメガエルを用い、発生学実験とゲノミクス解析を駆使して、GRNの揺らぎを定量化する。そこから進化との関連性を探るため、GRNの揺らぎを細胞間・個体間・系統間・種間・遺伝子間・発生ステージ間といった様々な階層で比較し、GRNの進化しやすさを規定する分子基盤を明らかにする。

Outline of Annual Research Achievements

二種類のネッタイツメガエル近交系統(ナイジェリア系統とコートジボワール系統)を用いて、初期原腸胚の1胚RNA-seq解析を行い、5つの兄弟胚間での発現量のばらつき(≒揺らぎ)を定量化した。同様の解析を各系統で独立に5回行ったところ、兄弟胚間の揺らぎが、同一系統の異なる実験群間および系統間の遺伝子発現変動と有意な相関関係があることを見出した。この結果は、発現の揺らぎの大きさと、環境応答・進化応答の大きさに相関があることを意味している。発現の揺らぎが大きい遺伝子群には、自然免疫関連遺伝子や発生制御遺伝子が含まれており、これらの遺伝子が環境応答や胚発生の頑健性に関与している可能性が示された。
さらに、脊椎動物初期胚の頭部形成を担う転写因子Otx2/5をノックダウンした胚のRNA-seq解析も行った。Otx2/5ノックダウン胚とコントロール胚の間で発現変動する遺伝子を調べたところ、Otx2/5下流で働く転写因子の発現変動パターンが、実験群間で大きく変動することが示された。この結果は、頭部形成におけるOtx2/5下流の遺伝子制御ネットワークが種内でも多様性を持っており、進化の土壌となっていることを示唆している。
現在、異なる発生ステージ(初期原腸胚、後期原腸胚、神経胚、咽頭胚、オタマジャクシ幼生)での同様の1胚RNA-seq解析、RNA-seqの技術誤差を測定するためのプール―アリコートRNA-seq解析、親ガエルの全ゲノムシークエンスデータとの統合解析を進めており、既存の遺伝子発現制御領域のデータと関連付けて、遺伝子発現の揺らぎをもたらす仕組みと、遺伝子制御ネットワークの進化との関係性を明らかにしようとしている。

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。

Report

(2 results)
  • 2021 Annual Research Report
  • 2020 Annual Research Report
  • Research Products

    (15 results)

All 2022 2021 2020 Other

All Journal Article (2 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Peer Reviewed: 1 results,  Open Access: 1 results) Presentation (10 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Invited: 3 results) Book (1 results) Remarks (2 results)

  • [Journal Article] Uncovering the mesendoderm gene regulatory network through multi-omic data integration2022

    • Author(s)
      Jansen Camden、Paraiso Kitt D.、Zhou Jeff J.、Blitz Ira L.、Fish Margaret B.、Charney Rebekah M.、Cho Jin Sun、Yasuoka Yuuri、Sudou Norihiro、Bright Ann Rose、Wlizla Marcin、Veenstra Gert Jan C.、Taira Masanori、Zorn Aaron M.、Mortazavi Ali、Cho Ken W.Y.
    • Journal Title

      Cell Reports

      Volume: 38 Issue: 7 Pages: 110364-110364

    • DOI

      10.1016/j.celrep.2022.110364

    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] LIM homeodomain proteins and associated partners: Then and now2021

    • Author(s)
      Yasuoka Yuuri、Taira Masanori
    • Journal Title

      Current Topics in Developmental Biology

      Volume: 145 Pages: 113-166

    • DOI

      10.1016/bs.ctdb.2021.04.003

    • ISBN
      9780128168332
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] Comparing fluctuation of gene expression profiles in embryos to dissect diversification of Xenopus tropicalis strains2021

    • Author(s)
      Yuuri Yasuoka
    • Organizer
      18th International Xenopus Conference
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] 遺伝子発現の多様性から制御ネットワーク進化の制約と方向性を探る2021

    • Author(s)
      安岡有理、古澤力、岡﨑康司
    • Organizer
      JST CREST バイオDX領域キックオフシンポジウム
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] ツメガエルを用いたミトコンドリアゲノム編集への挑戦~序章~2021

    • Author(s)
      安岡有理、岡﨑康司
    • Organizer
      日本動物学会第94回大会
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] 脊索の祖先的構成要素と形態形成様式の進化2021

    • Author(s)
      安岡有理
    • Organizer
      第23回日本進化学会年会
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] シロアゴガエルと疑似ロングリードシークエンス2021

    • Author(s)
      安岡有理
    • Organizer
      第14回日本ツメガエル研究集会
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] Evolutionary History of GLIS1 and GLIS3 Illuminates Their Roles in Cell Reprograming and Ciliogenesis2021

    • Author(s)
      Yuuri Yasuoka, Masahito Matsumoto, Ken Yagi, and Yasushi Okazaki
    • Organizer
      第54回日本発生生物学会年会
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] Repeated subfunctionalization of Brachyury genes for notochord development (脊索の発生におけるBrachyury遺伝子の機能分担)2020

    • Author(s)
      安岡有理
    • Organizer
      日本進化学会第22回オンライン大会
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] 初期化因子GLIS1の進化的起源と祖先的役割2020

    • Author(s)
      安岡有理, 松本征仁, 八木研, 岡﨑康司
    • Organizer
      日本動物学会第91回大会
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] Genome-wide Measurement for Fluctuation of Gene Regulatory Networks in Xenopus embryos2020

    • Author(s)
      Yuuri Yasuoka
    • Organizer
      JSDB Online Trial Meeting 2020
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] Genome-wide Measurement for Fluctuation of Gene Regulatory Networks in Xenopus embryos2020

    • Author(s)
      Yuuri Yasuoka
    • Organizer
      第53回日本発生生物学会年会
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
  • [Book] ヒトゲノム事典2021

    • Author(s)
      井ノ上 逸朗, 今西 規, 河村 正二, 斎藤 成也, 颯田 葉子, 田嶋 敦
    • Total Pages
      448
    • Publisher
      一色出版
    • ISBN
      9784910389127
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Remarks] research map

    • URL

      https://researchmap.jp/yuuri/research_projects

    • Related Report
      2020 Annual Research Report
  • [Remarks] 応用ゲノム解析技術研究チーム

    • URL

      https://www.ims.riken.jp/labo/69/index_j.html

    • Related Report
      2020 Annual Research Report

URL: 

Published: 2020-11-30   Modified: 2022-12-28  

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