2017 Fiscal Year Research-status Report
転写制御ネットワークの頑健性と柔軟性、相転移の実験的検証
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15KT0074
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| Research Institution | University of Tsukuba |
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Principal Investigator |
和田 洋 筑波大学, 生命環境系, 教授 (60303806)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
矢田 哲士 九州工業大学, 大学院情報工学研究院, 教授 (10322728)
市瀬 夏洋 京都大学, 情報学研究科, 助教 (70302750)
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| Project Period (FY) |
2015-07-10 – 2019-03-31
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| Keywords | 遺伝子ネットワーク / ヒトデ / ウニ / 幼生骨片 / 軟体動物 / SPILE遺伝子群 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
遺伝子ネットワークの数理的な解析から、遺伝子発現のノイズとしての変動（発生中の環境要因のゆらぎなどによるもの）やネットワークの変動（シス制御領域の突然変異など）に対して、頑健性を示すネットワークの性質にして調べた。その結果、理論的には遺伝子への入力がポアッソン分布に近い分散の小さいもので、遺伝子からの出力は数はべき乗則に従うものであると予想を得た。そのような性質を実際の生物に見られる遺伝子ネットワークに見いだすことができるか、検証したところ、マウスやヒトで見られるネットワークは、まさにそのような性質を持つことを明らかにした。
ヒトデの成体骨片形成に関わる転写因子を網羅的に同定して、解析したところ、ALx1とvegfシグナル以外はすべてウニの骨片形成に関わっていることが明らかになった。また、ヒトデの成体骨片形成で発現する遺伝子の時間的なパターンは、幼生中胚葉での発現の時間的パターンとは異なっており、同じネットワーク構造が作動しているわけではないことも明らかになってきた。これらの知見と、現在進行中のウニの幼生骨片形成遺伝子ネットワークのATAC-seqデータを元にした推定と総合的につきあわせることで、幼生骨片の獲得が、どのようなネットワークの転換によって引き起こされたかが、明らかになりつつある。
軟体動物に見いだした遺伝子ネットワークの柔軟性に関する知見については、すでに論文で発表したクサイロアオガイのSPILE遺伝子群の知見に加えて、ヨメガカサ、サザエ、アワビにおけるSPILE遺伝子の同定と発現解析を行い、複数の遺伝子重複と機能の変化が見られることを明らかにした。現在、機能の変化が見られる遺伝子について、異種間での遺伝子の強制発現を行い、機能の変化を具体的に追跡している。
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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
ATAC-seqデータの解析が、当初予想していたよりも難航している。動力学モデルにより推定したネットワークとATAC-seqのデータの整合性の検証を急ぎたい。
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| Strategy for Future Research Activity |
遺伝子ネットワークの進化に関しては、バフンウニとアメリカムラサキウニの遺伝子ネットワークの比較を行うための、バフンウニにおける詳細な時間的な遺伝子発現のデータを整理し、動力学モデルによる遺伝子ネットワークの推定、ATAC-seqとゲノム配列の比較情報、TransFacによる転写因子結合コンセンサス配列の保存に関する知見を総合して、近縁種におけるネットワークの比較を行うことで、柔軟性を検証していく。
また、軟体動物のSPILE遺伝子群による割球運命の特異化にみられる柔軟性に関しては、一見的に遺伝子機能の変換を再現することにより、遺伝子の機能の変換がどのようなプロセスを経て、発生過程を崩壊させることなく実現したのかを検証していく。
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| Causes of Carryover |
予定していた実験を次年度に実施することになったため。次年度に物品の購入に充てる。
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