Evolution of the novel cell types from the aspect of the complex network

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 18H04004
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Medium-sized Section 45:Biology at organismal to population levels and anthropology, and related fields
• Research Institution: University of Tsukuba
• Principal Investigator: Wada Hiroshi 筑波大学, 生命環境系, 教授 (60303806)
• 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) ; 川島 武士 国立遺伝学研究所, 情報研究系, 助教 (10378531) ; 市瀬 夏洋 京都大学, 情報学研究科, 特定准教授 (70302750)
• Project Period (FY): 2018-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: ネットワーク / 柔軟性 / 棘皮動物 / 個体変異

Outline of Final Research Achievements

We tested the hypothesis that the metastable state of the gene expression regulatory network led to the evolution of novel cell types, as well as the hypothesis that its flexibility was the driving force behind the evolution of novel cell types. Theoretical studies revealed that the distribution of inputs and outputs of gene expression regulation plays an important role in network stability. Our results of the evolutionary mechanism of the sea urchin Pmar1/HesC dual repression mechanism also provided insight into the mechanism by which modifications of early developmental processes can be achieved without disrupting development. Finally, we also revealed distinct individual differences in gene expression during sea urchin development, providing clear evidence for the flexibility of the gene expression regulatory network.

Free Research Field

進化生物学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

ダーウィンが「種の起源」を著す以前、多くの生物学者にとって、種内の個体差はノイズでしかなかった。しかし、ダーウィンはこの個体差に着目し、育種家が個体差に着目しながら、品種改良をしてきたことと対比させ、種の多様性、あるいは適応的な形態が個体変異を原動力として形成されることを論じた。現代でも発生過程の個体差は多くの発生学者にとってはノイズでしかないかもしれないが、この個体変異が形態進化の原動力になっている可能性を指摘したい。形態進化の視点からは、新しい準安定状態の探索を可能にしていると言える。このような発生の個体変異に新しい光を当て、集団発生生物学という新たな学問の形成にもつながると考えている。