2018 Fiscal Year Research-status Report
Comparative genomics of metabolic strategies and speciation in genus Hydra.
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18K06364
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| Research Institution | Okayama University |
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Principal Investigator |
濱田 麻友子 岡山大学, 理学部, 特別契約職員(助教) (40378584)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 進化 / 種分化 / 共生 / ヒドラ / クロレラ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では動物における適応と種分化の進化を明らかにするため、種によって異なる栄養獲得戦略を取る動物であるヒドラ属の近縁種間の比較ゲノム解析を行っている。これまでに藻類共生性のヒドラであるグリーンヒドラHydra viridissima A99系統を用いて、ホストのヒドラとその共生体であるクロレラのゲノム解析を行い、共生性に深く関与する特徴とその進化を明らかにしてきた。本研究ではそれをさらに拡大し、H.viridissimaの他系統や非共生性で大型のブラウンヒドラを比較することで、ヒドラ属をモデルとして種分化と生存戦略の進化について明らかにする。
本年度は、H.viridissimaの４つの系統（A99, K10, Husum, M8, M10）それぞれに共生するクロレラを用いて分子系統解析、形態観察を行い、これらがクロレラクレードの中でも系統的に離れた２つのグループに分かれることから、グリーンヒドラへの共生は少なくとも２回独立に起こったと考えられる。さらに、グリーンヒドラH.viridissima A99系統と、ブラウンヒドラH.magnipappilata、その他刺胞動物の比較ゲノム解析を行い、系統特異的に多く見られる遺伝子や、転写因子やシグナル分子をコードする遺伝子数の比較を行った。特にHomeobox遺伝子に関しては系統解析による詳細な分類を行ったところ、ヒドラ属の共通祖先で多くのHomeobox遺伝子の欠失が起こったことが明らかになった。また、ブラウンヒドラのゲノムサイズはグリーンヒドラの約３倍大きいが、そのゲノムサイズ増大の原因の可能性のあるトランスポゾンの挿入・重複やゲノム重複を調べるため、リピート配列やゲノムシンテニーを２種で比較し、これらの両方がH.magnipappilataのゲノムサイズの増加に寄与している可能性があることがわかった。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
本研究では、ヒドラ属の種間の比較とグリーンヒドラの共生クロレラの系統間の比較を行い、近縁種間での生存戦略の違いと共通点を明らかにすることを目指している。本年度は、藻類共生性であるHydra viridissima A99と非共生性のH.magnipappilataの比較ゲノム解析を行い、リピート解析やゲノムシンテニー解析を行うことで、ゲノム構造の共通点と相違点を示すことができた。また、共生クロレラの系統関係やその形態の違いから、共生クロレラの多様性を明らかにすることができた。以上の解析からヒドラ属およびグリーンヒドラの共生クロレラのゲノム解析の手法が確立できたことに加え、さらに詳細に解析すべきポイントの目処をつけることができ、ヒドラ属のゲノム進化の道筋について仮説を立てることができたと言える。一方、ゲノム比較解析に使う予定であるブラウンヒドラの一種H. circumcinctaとグリーンヒドラの別系統であるHydra viridissima M8系統の共生クロレラのゲノム解読を完了させることができなかったため、やや遅れているとした。
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| Strategy for Future Research Activity |
これまでに、グリーンヒドラH. viridissimaとブラウンヒドラH.magnipappilataの比較ゲノム解析を行い、その解析方法を確立し、共通点と相違点がどこにあるのかの予備データを得ることができた。今後はさらにブラウンヒドラ系統の中でも初期に分岐したと考えられているH. circumcinctaを解析に加え、遺伝子構成やリピートやシンテニーなどのゲノム構造を比較することでヒドラ属のゲノム進化がより高解像度で理解できると考えている。特に、共生性もしくは非共生性で特異的に見られる特徴、例えばどちらかの系統で著しく増加している遺伝子や、失われている遺伝子などに着目し、それぞれの生存戦略への関与を明らかにする予定である。
さらに、H. viridissima A99の共生クロレラと系統的に離れているH.viridissima M8の共生クロレラのゲノム解析を行い、A99系統で見られたような共生に深く関係する特徴が見られるかどうか、特に代謝や光合成に関係する遺伝子の構成を解析することで、同様の共生環境下における適応進化を観察することができると考えている。
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| Causes of Carryover |
本年度はゲノム情報の既に存在するグリーンヒドラH.viridissima A99とH.magnipappilataの２種間の比較を先に行い、遺伝子構成やゲノム構造の解析の指針を得ることができた一方、H. circumcinctaとHydra viridissima M8系統の共生クロレラのゲノム解読は次年度に回すこととなった。これはH. circumcinctaとHydra viridissima M8系統の共生クロレラから高品質かつ十分量のgDNAが取れなかったこと、H. circumcinctaが途絶えてしまい、再度系統を取り寄せるところからやり直したことにも起因する。
本年度はシークエンス用の予算としてNanopore MinIONの試薬の購入のための試約（試薬合計約60万円）、Illumina用のサンプル調整キットとシークエンスキット（合計約60万円）購入に加え、一般試薬・消耗品として分子生物学実験用の試薬・実験器具用のガラス製品ガラス・紙、プラスチック製品の購入を計画している（約60万円）。また国内旅費として２回の国内学会・研究会参加のための費用（約10万円）と国外旅費として１回の国際学会参加のための費用（約25万円）を、論文の校閲・投稿料（20万円）を計画している。
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