2018 Fiscal Year Research-status Report
Sex system and species diversity mediated through transposable elements in interspecific hybrids of amphibians
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18K06389
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| Research Institution | Kitasato University |
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Principal Investigator |
伊藤 道彦 北里大学, 理学部, 准教授 (90240994)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
田村 啓 北里大学, 理学部, 講師 (50458767)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 種分化 / トランスポゾン / 性決定遺伝子 / piRNA / 雑種 / ヨーロッパトノサマガエル / ツメガエル / 両生類 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
近縁種の交配（雑種形成）という観点から、性システムと種分化におけるトランスポゾンの寄与を分子的に証明することを目的として、初年度である2018年度は、本年度（2019年度）のための準備段階を含めて以下の解析を行った。
1. 性システムとトランスポゾン
アフリカツメガエルは、２倍体ツメガエルの２種が異種交配し、異質４倍体化した祖先由来の子孫種の１種である。性決定遺伝子dm-W は異質４倍体化後に新性決定システムのために誕生した遺伝子で、新エクソン４がDNAトランスポゾン由来であることが最近わかっていた。2018年度は、このトランスポゾン由来からコードされたアミノ酸配列が、DM-WのDNA結合能を強力にする機能をもつことを明らかにした。
2. 種分化とトランスポゾン
ヨーロッパトノサマガエルは、自然界で維持されているワライガエルとコガタトノサマガエルの雑種である。最近、ヨーロッパトノサマガエルは生殖細胞形成において、父性ゲノム由来の染色体が排除される可能性が示唆されてきた。研究代表者は、その分子機構は、種特異的トランスポゾンに対応するpiRNAである、という作業仮説を立てた。その準備段階として、2018年度はその検証のために、ワライガエルとコガタトノサマガエルの卵巣と精巣の４献体に対して、small RNA-seqを行った。さらに、ワライガエル（雄）のゲノム配列の決定も試みた。
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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
2018年度は、初年度として、概ね順調に進展してきた。以下にその詳細を記す。
1. 性システムとトランスポゾン：2018年度、異質４倍体化後に新機能獲得型の性決定遺伝子として分子進化したdm-Wの最終エクソン（エクソン４）に関して、①DNAトランスポゾン由来であることの証明、②DM-Wタンパク質のDNA結合能のサポート機能の解明が、ほぼ予定通り進んだ。
2. 種分化とトランスポゾン：2018年度、雑種であるヨーロッパトノサマガエルの親ガエルである２種のワライガエルとコガタトノサマガエルに関して、卵巣と精巣のsmall RNAの網羅的配列決定を行い、質の良い配列情報が得られた。これは、予定通りである。加えて、ワライガエル（雄）のゲノム配列の決定の委託を行った。カエルの供給時期が遅くなったため、ゲノム解析がワライガエル（雄）のみとなったが、概ね順調である。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後の研究に関して、初年度の解析結果を受け、以下のように推進させる予定である。
1. 性システムとトランスポゾン：異種交配後に新性決定システムのために性決定遺伝子として分子進化したdm-Wの最終エクソン（エクソン４）に関して、現在行っているアフリカツメガエルだけでなく、近縁種の異質４倍体種あるいは８倍体種のエクソン４の解析を行う。これらの進化的解析を含めて、2019年度に論文投稿を行う予定である。また、2018年度の解析から、dm-Wの第１エクソンもトランスポゾン由来である可能性が示唆されたので、アフリカツメガエルとその異質倍数体近縁種を用い、プロモーターと第１エクソンの進化の解析を新たに行う（2019-2020年度）。
2. 種分化とトランスポゾン：2019年度、ワライガエルの雄ゲノムだけでなく、雌ゲノム、および、雌雄のコガタトノサマガエルのゲノム解析を行う。
①それぞれの種の雌雄ゲノムを比較することで、性染色体の同定や性決定システムを考察する（2019-2020年度）。
②それぞれの種の雌雄ゲノム情報に対して、2018年度で得られたsamll RNA (主にpiRNA) 配列情報をin silicoでマッピングし、piRNAクラスターを決定する。これによって、種特異的 piRNA およびその標的のトランスポゾンの同定を試みる。
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| Causes of Carryover |
＜次年度使用額が生じた理由＞当該年度に、ワライガエル、コガタトノサマガエルの雌雄それぞれのゲノム解析を完了する予定でしたが、サンプルの供給が11月頃と当初の予定が遅れ、また、高精度のゲノム単離に時間を擁したため、ゲノム解析計画が遅れました。そのため、当該年度はワライガエルの雄ゲノムのみの配列決定となりました。
＜使用計画＞次年度使用額は、2019年度に、ワライガエルの雌ゲノムや交配種のコガタトノサマガエル雌雄のゲノム解析を行う計画です。
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