2019 Fiscal Year Research-status Report
Molecular Mechanism of Asexual and Sexual Reproduction in Enchytraeid
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17K07417
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| Research Institution | Nihon University |
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Principal Investigator |
野呂 知加子 日本大学, 生産工学部, 教授 (80311356)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
井上 菜穂子 日本大学, 生物資源科学部, 講師 (00509515)
斎藤 稔 日本大学, 文理学部, 教授 (20318330)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 再生 / 無性生殖 / 有性生殖 / ヤマトヒメミミズ / シミュレーションモデル / 脳神経系 / 分子実態 / ゲノム変異 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、砕片分離と再生による無性生殖を行うヤマトヒメミミズと、有性生殖のみ行う近縁種ミサカヒメミミズとの比較解析により、下記の2つの課題について解明し、再生・生殖のしくみを分子レベルで明らかにすることを目的とする。
1. 砕片分離と無性生殖の分子メカニズム
2. 有性生殖のスイッチおよび誘導物質の実体
令和元年度は、1-3) 長くなると自切するメカニズム: 物質勾配のシミュレーションと分析について、研究分担者斎藤と共同研究した。ヤマトヒメミミズは体長約1cm になると後部から順に自切を開始し、約十個の断片になる(砕片分離)。これまでの研究から、自切のタイミングを決めているのは頭部であり、脳から分泌される 何らかの物質によって自切が抑制されている可能性が示唆されている。そのメカニズムを明らかにするために、物質の頭尾勾配を想定したシミュレーションモデルを作成し、解析した。この成果は文理学部研究所紀要雑誌に投稿して掲載された。勾配物質候補として神経ペプチドFMRFamideの分布と動態について詳細に検討した。頭部除去による砕片分離誘導の際に、このペプチドは後端に集まるなど特徴的な挙動を示した。2-1) 有性生殖誘導物質/抑制物質の実体 低密度飼育の効果と個体数範囲については、有性化効率が高いヤマトヒメミミズ3クローンを選択した。3週間飢餓状態においたミミズを低密度飼育して餌を与えると有性化が起こるが、この3クローンでは有性化誘導の効率がよいことが再確認された。この3クローンのミミズのゲノムが同一であるかどうか（変異が入っていないか）を確かめるために、RFLP法（制限酵素でDNAを切断して電気泳動によりパターンを比較する方法）を用いて解析した。また、有性生殖のみを行うミサカヒメミミズの凍結乾燥品を3クローンにえさとして与えたとき、有性化効率が向上するかどうかについても試験を行った。
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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
本研究は、砕片分離と再生による無性生殖を行うヤマトヒメミミズと、有性生殖のみ行う近縁種ミサカヒメミミズとの比較解析により、研究期間の3年間で下記の2つの課題について解明し、再生・生殖のしくみを分子レベルで明らかにすることを目的としている。
1. 砕片分離と無性生殖の分子メカニズム
2. 有性生殖のスイッチおよび誘導物質の実体
令和元年度は、1-3)長くなると自切するメカニズム: 物質勾配のシミュレーションと分析について、斎藤と共同研究し、自切のシミュレーションモデルを作成した。この結果について論文を投稿し、掲載された。また、その候補となる神経ペプチド分子について、免疫組織学的方法により分布を明らかにした。一方、2-1) 有性生殖誘導物質/抑制物質の実体低密度飼育の効果と個体数範囲については、ヤマトヒメミミズのクローン化を行い、また、有性生殖のみ行うミサカヒメミミズの凍結乾燥品中に有性化促進物質の存在が示唆された。その分子実体について、井上と共同研究し、質量分析で明らかにしようとしている。1-1)頭部再生、および2)後部再生のメカニズムについても、抗体を用いた解析により予備的な結果を得ている。2-2) 生殖巣の起源と発生については、ヤマトヒメミミズとミサカヒメミミズの組織学的比較を行い、2-3)自家受精の有無と有性生殖の意義については、分離したヤマトヒメミミズのクローン間でのゲノム比較により、多様性の有無について検討した。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和2年度は、当初の研究課題のうち、1-1)頭部再生のメカニズム: 頭部7体節再生する理由 双頭再生の分子機構、および 1-2)後部再生のメカニズム: ネオブラストの関与 成長帯の細胞の起源について、特に重点的に検討を行う。無性生殖するヤマトヒメミミズは、ナイフで切断した場合、8体節目以降の どの部位からも頭部7体節を再生するが、ミサカヒメミミズは不完全な4体節を再生する。両者の再生時の遺伝子発現比較解析を行い、その理由を明らかにする。 後部再生については、ヤマトヒメミミズでは肛門直前にある増殖帯の細胞が関与し、これはネオブラストという中胚葉性幹細胞が起源であると考えられてきたが、ネオブラストが存在しないミサカヒメミミズでも後部再生が起こることから、後部再生に関わる細胞源について再確認を行う。1-3)長くなると自切するメカニズム: 物質勾配のシミュレーションと分析に関しては、自切抑制物質候補である神経ペプチドについて、抗体および分子分析を用いてその分布と動態を検討する。2-1) 有性生殖誘導物質/抑制物質の実体 低密度飼育の効果と個体数範囲 については、ミサカヒメミミズの凍結乾燥品中の有性化促進物質について、分子実体を解明する。2-2) 生殖巣の起源と発生/再生による位置移動に関しては、生殖幹細胞およびそれを受け入れる生殖巣を形成する細胞の起源について、細胞マーキングや遺伝子マーカー等を使って解析する。2-3)自家受精の有無と有性生殖の意義に関しては、平成29年度に分離したヤマトヒメミミズのクローン間のゲノムを比較し、無性生殖を行うヤマトヒメミミズは真に均一なゲノム配列を持つかどうかについて検討する。ヤマトヒメミミズのゲノム配列を共同研究等で解析したいと考えている。
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| Causes of Carryover |
研究はほぼ予定通り進んできたが、若干分析等まだ完成していない部分があり、その分について研究するために次年度使用する。
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