Parental environment effects on epigenetic inheritance and offspring fitness in fish

2018 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 18F18383
• Research Institution: Tokyo University of Marine Science and Technology
• Principal Investigator: Strussmann C.A. 東京海洋大学, 学術研究院, 教授 (10231052)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): RAHMAN MD. 東京海洋大学, 学術研究院, 外国人特別研究員
• Project Period (FY): 2018-11-09 – 2021-03-31
• Keywords: 環境適応能力 / 地球温暖化 / 気候変動 / エピジェネティック制御 / 次世代フィットネス / 生物多様性 / 水産資源保全

Outline of Annual Research Achievements

生息環境の破壊や汚染、地球温暖化などの急激な環境変化に対する生物の適応機構の解明は、食料としての長期的な生物資源の利用と生物多様性の保全につながる。近年、世代間におけるエピジェネティック制御（transgenerational epigenetics）のような、DNA配列に依存しない遺伝子発現制御機構により、次世代（子孫）の環境適応能力を向上させる機構の存在が明らかになり注目を浴びている。しかし、魚類における世代間エピジェネティック制御の分子機構に関する知見が乏しく、正確に各生物種の環境変化に対する世代間の適応能力の度合いを測ることは困難である。本研究では、魚類が環境変動（特に気候変動）に対してどのようなメカニズムで環境応答するのか、特に次世代のフィットネスの向上に関わる繁殖機構エピジェネティクスの役割と作用機序の解明を目指す。本年度は、地球温暖化や気候変動起因で生じると考えられる環境変化のうち、特に水温の影響に注目し、モデル生物の飼育試験をスタートさせた。計画当初は、メダカ等の小型魚類をモデルとする予定であったが、本研究室において繁殖生理学的な基礎知見が蓄積され、かつ周年で卵仔稚の入手が容易なトウゴロウイワシ類をモデルとした。本種の特徴である幅広い水温範囲での産卵を利用し、低温期（冬～春先）および高温期（夏～秋）で生まれる子孫の表現型の変化や内分泌的プロフィール（性ステロイドホルモン各種およびストレスホルモンのコルチゾール）測定、ならびに世代間エピジェネティック制御機構の伝達の調査を開始した。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

来日後、およそ半年余りで環境制御型飼育システムを立ち上げ、対象魚の馴致飼育を行い、飼育試験を開始した。現在までに、実際に異なる水温条件で飼育個体の産卵を確認し、卵と仔魚のサンプリングも開始することができた。さらに、卵と仔魚の内分泌プロフィール測定および遺伝子発現解析に必要なスキルを修得し、現在定期的に採集したサンプルについて解析を開始していることから、研究活動は概ね計画通りに遂行できていると考えている。

Strategy for Future Research Activity

次年度は、これまでに得られているサンプルの解析を進めると同時に、発生初期に異なる環境条件（低温または高温）を経験した各区の供試魚を性成熟するまで飼育する。それら成熟個体の繁殖形質を確認するとともに、得られた受精卵を2区に分け、一方を親世代と同じ環境条件（対照区: 低温または高温）で、他方を異なる環境条件（高温または低温）で飼育試験を行う。また将来的な温暖化を見据え、高水温環境下で新たに親魚を馴致飼育し、これまでと同様の試験デザインで飼育・解析を行い、環境起因と考えられる表現型の差異が世代間で伝達されるか否かを調査する。さらに、飼育試験のF0、F1、F2世代から摘出した各組織（体表組織、生殖腺、肝臓、脳等）からゲノムDNAを抽出し、各種繁殖形質に関わる遺伝子群のDNAメチル化解析を行い、世代間エピジェネティック制御機構を調査する予定である。