Mechanisms of shell spiral growth: a primer for Paleo-Evo-Devo

2022 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 18H01323
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 17050:Biogeosciences-related
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: Endo Kazuyoshi 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 教授 (80251411)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 野下 浩司 九州大学, 理学研究院, 助教 (10758494)
• Project Period (FY): 2018-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: 進化発生学 / バイオミネラリゼーション / 形態形成 / 貝殻形成 / 貝殻基質タンパク質 / 軟体動物 / プロテオーム / らせん成長

Outline of Final Research Achievements

In this project, we developed basic know-hows to perform genome editing using CRISPR/Cas9 in the limpet Nipponacmea fuscoviridis, and we also carried out experiments to unveil the genetic mechanisms underlying the shell spiral growth in molluscs. As a result, we successfully knocked out the lophotrochin gene which is known to be expressed in an early larval stage in the limpet. We also identified several shell matrix protein genes which are unevenly expressed between the right and left sides of the mantle, and could be related to the lateral asymmetry of the shell growth in the pond snail Lymnaea stagnalis. We further discovered that the signal transduction factor Wnt is responsible for the twisted growth of the shell during the spiral shell growth in L. stagnalis.

Free Research Field

進化生物学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

CRISPR/Cas9によるゲノム編集は、胚への遺伝子導入が一般に困難な軟体動物ではまだ研究例が少なく、その基礎的方法論を確立した学術的意義は大きい。今後貝殻形成だけでなく、軟体動物のさまざまな遺伝子産物の機能解析に応用が可能であり、水産有用種の多い軟体動物においては、その社会的意義も大きい。軟体動物の貝殻形成メカニズムについては、まだ数多くの謎が残されている。本研究により、それらの遺伝的側面を解明する重要な手がかりが得られた。今後それらの手がかりを辿って深掘りすることで、貝殻の成長と進化に関する理解が進むだけでなく、進化発生の遺伝的基盤と化石とを融合した新たな分野の開拓が進むだろう。