環境要因によりミジンコの性が雌雄に定位されるメカニズムの解明

• Project Area: Spectrum of the Sex: a continuity of phenotypes between female and male
• Project/Area Number: 20H04923
• 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: 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): 2020-04-01 – 2022-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2021)
• Budget Amount: ¥10,400,000 (Direct Cost: ¥8,000,000、Indirect Cost: ¥2,400,000); Fiscal Year 2021: ¥5,200,000 (Direct Cost: ¥4,000,000、Indirect Cost: ¥1,200,000); Fiscal Year 2020: ¥5,200,000 (Direct Cost: ¥4,000,000、Indirect Cost: ¥1,200,000)
• Keywords: オオミジンコ / 性スペクトラム / ダブルセックス遺伝子 / エピゲノム / 長鎖非コードRNA / 翻訳制御

Outline of Research at the Start

環境要因によりメスと遺伝的に同一のオスを産むオオミジンコにおいて、性スペクトラム上の位置がどのように雌雄に定位されるかを解明する。このために性がメスに規定される時にオス決定遺伝子Dsx1の発現が転写後レベル、エピゲノムレベルで抑制されるメカニズムを解析する。一方で、環境要因により性がメスからオスへシフトする時に長鎖非コードRNA、DAPALRによりDsx1の発現が脱抑制されるメカニズムを解析する。最終的に、転写後制御とエピゲノム制御の時間的順序関係を明らかにし、環境要因による性スペクトラム上の位置決定メカニズムを解明する。

Outline of Annual Research Achievements

環境要因により雄を産むオオミジンコでは、Dsx1 遺伝子の活性が減少すると性スペクトラム上の位置がオスからメスへと移動するが自然界では間性がほとんど観察されない。二値的な雌雄が産み出されるためには、メスでは Dsx1 が転写後調節、エピゲノムのレベルで抑制されていることを示唆するデータを得ていた。今年度は、RNA 結合タンパク質 CELF1 が Dsx1 mRNA の発現を転写後レベルで制御していることを見出した。CELF1 が結合すると予想される配列は、代表者らがこれまでに同定した Dsx1 mRNA の翻訳抑制を行う Shep の結合配列と同様に Dsx1 5´ UTR 内に存在し、また近接していることから CELF1 と Shep が協調して Dsx1 発現の転写後制御を行っている可能性が示唆された。一方で、エピゲノムレベルでの Dsx1 の制御メカニズムを解析するために、ポリコーム遺伝子、HP1 遺伝子のそれぞれのオーソログの解析を行なった。その結果、HP1 遺伝子が雌において Dsx1 遺伝子の発現を抑制してることを見出した。
本領域での成果から、オオミジンコにおいては良好な環境下ではオス決定遺伝子座Dsx1がHP1によってヘテロクロマチン化し、ストキャスティックに転写された場合においてもDsx1 mRNAのShep/CELF1による翻訳抑制が生じ性がメスに決定され、一方で環境ストレス下では長鎖非コードRNAダパールが発現し、これがヘテロクロマチン化、Dsx1の翻訳抑制を解除しDsx1発現を誘導することで性がオスに決定されること示唆するというモデルを提唱した。

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] 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] 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
• [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
• [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
• [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