2017 Fiscal Year Annual Research Report
魚類の交雑に起因する特異な発生・生殖の分子機構解明と育種応用
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15H02457
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| Research Institution | Hokkaido University |
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Principal Investigator |
荒井 克俊 北海道大学, 水産科学研究院, 特任教授 (00137902)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
藤本 貴史 北海道大学, 水産科学研究院, 准教授 (10400003)
山羽 悦郎 北海道大学, 北方生物圏フィールド科学センター, 教授 (60191376)
宗原 弘幸 北海道大学, 北方生物圏フィールド科学センター, 准教授 (80212249)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 水産学 / 農林水産物 / 発生・分化 / 遺伝学 / バイオテクノロジー / 雑種 / クローン / 倍数体 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
1．異種間受精と初期発生：ゼブラフィッシュを母系種、パールダニオを父系種とした交雑種の生殖腺発達過程を調査した。両親種の生殖腺の性分化と成熟は孵化後日数よりも体長に依存し、一定以上の体長で成熟個体が生じた。両親種が成熟に達する体長であっても、交雑種は未分化生殖腺の構造を示したことから、それらの不妊性は生殖細胞分化の異常に起因すると考えられた。シロザケ雌×アメマス雄交雑種において、眼の形成に関与する２種の遺伝子の発現量を発生段階ごとにリアルタイムPCRにより解析した結果、一方の遺伝子ではすべての実験群で発生段階による発現量変化は見られなかったのに対して、他方の遺伝子では二倍体雑種において、純粋種と三倍体雑種よりも低発現量を示す個体が見られた。しかし、二倍体雑種個体間でも発現量の差が見られたことから、さらなる検討の必要性が示された。
2.非還元配偶子形成機構：クローンドジョウ由来三倍体の減数分裂雑種発生におけるゲノム削減を調査するため、組織切片上でのゲノム判別を可能とするFISH技術の開発を行った。各系統ゲノムを識別するプローブを用いたFISH法と1セットの相同染色体を判別する5.8S+28SrDNAプローブを用いた2 color FISH法を確立でき、今後、生殖腺組織切片におけるゲノム判別が可能となった。クローン二倍体性転換雄を用いたde novo RNA-seq解析において、発現量に差が見られた4つの細胞周期に関係する遺伝子のリアルタイムPCR解析を行ったが、クローン系統の精巣で特異的な高発現を示す遺伝子特定には至らなかった。
3.半クローン生殖：アイナメ類自然雑種の半クローン生殖機構解明のため、時系列的に卵巣の組織学的細胞学的観察を行ったところ、卵原細胞中期に染色体配列が不揃いで紡錘糸が不明瞭な細胞が少数であるが観察され、この時期にゲノム削減が起きている可能性が示唆された。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
コイ目雑種ではゼブラフィッシュ雌×パールダニオ雄間雑種は生存性で二倍体であるが、生殖腺は未分化のままで不妊であることが確認できた。他の組み合わせの雑種も飼育継続しており、生殖能力検討と不妊機構解明に着手できる状況となった。サケ科雑種では、特にシロザケ雌×アメマス雄雑種の人為三倍体化による生存性回復機構を遺伝子発現から、検討することができ、部分的成果を得た。また、凍結保存精子を用いた人為交雑により得られた複数の二倍体、三倍体雑種の実験群を飼育し、次年度には生殖能力検討に着手できる状況となった。
ドジョウクローン系統およびその派生系統では異なる系統のゲノムを識別するFISH法が確立され、非還元配偶子形成、減数分裂雑種発生等の特殊な生殖機構解明を細胞遺伝学的・組織学的に進めることができた。しかしながら、リアルタイムPCR解析ではクローン系統特異的に発現する遺伝子の特定には至らなかった。
アイナメ類の自然雑種と人為雑種では生殖特性が異なるばかりか、染色体構成も異なることを明らかにすることができた。そこで、自然雑種に特異的な半クローン生殖における半数体卵形成機構解明のため、卵巣の組織学的観察を進めたところ、ごく一部の卵原細胞の分裂に異常を認め、ゲノム削減との関係を明らかにするための手がかりを得た。
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| Strategy for Future Research Activity |
1.異種間受精と初期発生：コイ目およびサケ科の生存性二倍体・三倍体雑種を用いて、組織学的手法と生殖関連遺伝子の発現解析により、生殖能力低下が起きる細胞機構を解明する。サケ科雑種のうち、人為三倍体化による生存性回復効果の機構解明を候補遺伝子群のリアルタイムPCR解析を用いた発現解析から進める。材料とするコイ目およびサケ科の種の組み合わせと倍数性とによる雑種の生存・生殖能力について、得られた結果を取りまとめ、結論を得る。
2.非還元配偶子形成機構：ドジョウ系統を識別するプローブを用いたFISH法により、ゲノム倍加あるいは削減の時期を分子細胞遺伝学的・組織学的に明らかにする。クローン系統と野生型のステージの異なる生殖細胞から発現RNAを採取し、de novo RNA-seq解析を用いて、ゲノム構成の変化に応じて特異的に発現する候補遺伝子クローニングを行い、発現動態を明らかにする。
3.半クローン生殖：アイナメ属の自然雑種と人為雑種間の生殖特性の相違と関連する染色体構成の差をさらに分子細胞遺伝学的に追及するとともに、時系列を追った生殖腺の組織学的観察と染色体挙動の細胞遺伝学的観察からゲノム倍加あるいは削減の時期と生殖細胞を特定し、半クローン生殖の機構解明に迫る。
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[Journal Article] Development of nuclear DNA markers to characterize genertically diverse groups of Misgurnus anguillicaudatus and its closely related species2017
Author(s)
Takafumi Fujimoto, Aya Yamada, Yukihiro Kodo, Kohei Nakaya, Michiko Okubo-Murata, Taiju Saito, Kazuo Ninomiya, Michiko Inaba, Masamichi KUroda, Katsutoshi Arai, Masaru Murakami
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Journal Title
Fisheries Science
Volume: 83
Pages: 743-756
DOI
Peer Reviewed
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