2020 Fiscal Year Annual Research Report
Genetic basis of speciation process driven by adaptation to new oviposition substrate
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19H03276
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| Research Institution | Tokyo Metropolitan University |
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Principal Investigator |
高橋 文 東京都立大学, 理学研究科, 准教授 (90370121)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
上村 佳孝 慶應義塾大学, 商学部(日吉), 准教授 (50366952)
野澤 昌文 東京都立大学, 理学研究科, 准教授 (50623534)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 種分化 / 交尾器 / ショウジョウバエ / 遺伝子マッピング / ゲノムシークエンス / 外部生殖器 / 産卵 / 生殖的隔離 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
オウトウショウジョウバエ(Drosophila suzukii)は他の多くのショウジョウバエと異なり新鮮で硬い果実に産卵するため産卵管が長く伸長している. この形態進化は交尾中の雌雄交尾器の立体配置に大きな影響を与え、種間交尾の際に交尾器がかみ合わないことによって生じる生殖的隔離の要因となっている。
本年度は、D. suzukii と近縁種D. subpulchrellaの戻し交雑個体雌雄それぞれ182個体（計364個体）のゲノムについて、先進ゲノム支援(16H06279)によりシークエンスし、今年度再アセンブルしたレファレンスゲノムにマッピングした。また、雌雄外部生殖器の複数の形態形質につき、定量を完了した。雄生殖器の一部であるsurstylusとpregoniteについては、第3染色体の一部が種間の形態の違いに関連していることが示唆された。また、RNA-seqにて発現遺伝子の比較を行うため、2種の蛹の発生段階においてpregoniteの形態的差が生じてくるステージの特定を行い、蛹化後55～60時間の間が重要であることが明らかとなった。
産卵基質の選好性について、D. suzukiiを用いた実験により、腸内共生細菌として知られる酢酸菌が産卵基質上に増殖すると、基質への産卵数が減少し、これらの微生物を好む近縁種との選好性の違いを生む要因の一つであることが明らかとなった。D. subpulchrella についても基質に安定的に産卵させる条件を調整することができたため、同様な実験を進めている。
これら2種を用いたゲノム編集技術の確立も進め、D. suzukiiのyellow遺伝子のノックアウトに成功した。また、2種において可視マーカーで確認できるトランスジーンの導入にも成功し、遺伝子操作による候補遺伝子の機能解析を行うためのツールの整備を進めることができた。
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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
昨年度までに終えていたDrosophila suzukii およびD. subpulchrellaのゲノム配列のアセンブルを見直し、新たにbasecallのやり直しおよびアセンブル方法の改善を行い、戻し交雑個体を用いた遺伝学的解析を進めるのに十分なクオリティーのレファレンスゲノムを得ることができた。
本年度はまた、先進ゲノム支援の支援課題に採択され、D. suzukii と近縁種D. subpulchrellaの戻し交雑個体を雌雄それぞれ約182個体ずつ計364個体のゲノムライブラリを作成し、Novaseq6000によるシークエンスリードを得ることができた。コロナ禍で研究室への入室が限られる中、多数のライブラリを作成するのは大変であったが、シークエンスの取得はうまく進み、再アセンブルしたゲノムレファレンスへマッピングし、遺伝子型まで完了した。また、テレワークでも解析可能な雌雄外部生殖器の複数の形質につき、解剖画像から形態定量化を行い、ほぼ全てのサンプルにつき予定していた形態の計測データを得ることができた。表現型と遺伝子型の関連解析については、一部結果を得ることができたが、全ての形質についての解析は進行中となった。
計画していた様々な形態を持つ戻し交雑個体を用いた、産卵基質選択実験や交尾実験などの行動実験には研究室への出入りが制限されていたこともあり、年度途中からの着手となったため、十分に推進することができなかった。これらは次年度に継続して推進していく。
今年度得られた大きな成果の一つは、D. suzukiiを用いたゲノム編集に成功したことである。また、2種の蛹の発生段階においてpregoniteの形態的差が生じてくるステージを絞り込めたことも今後の遺伝子同定に繋げるために重要な成果であった。よって、コロナ禍であったが本年度の研究はおおむね順調に進展していると考えている。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は、表現型と遺伝子型の関連解析に力を入れ、計測が終了した雌雄の形質の遺伝基盤と形態の種間分化の原因となる因子のゲノム上での分布を明らかにするためのバイオインフォマティックスに注力する。このような雌雄生殖器形態の俯瞰的な解析結果をもとに、雌雄形態の進化についてのX染色体の影響について考察し、これらの成果について論文執筆までを目標とする。雄のpregonite に関しては、第3染色体の一部の領域の遺伝子型と高い関連性を示していることが明らかとなっているため、今後行うRNA-seqの結果とあわせて機能解析をすすめるための候補遺伝子の特定を行う。
昨年度可能となったD. subpulchrellaの産卵実験を進めるとともに、戻し交雑個体を用いた産卵基質選択実験を進める。また、戻し交雑個体を用いた交尾時の雌雄生殖器カップリングの様子を観察し、産卵管や雄の外部生殖器の機能を明らかにしていく実験を継続する。また、昨年度すでに結果を得ていたが本年度達成できなかった産卵管内部の棘状の構造の発生や種間の違いに関与する遺伝子に関する論文の出版を目指す。
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