Sex determination in multiple-sex chromosome system including three major sex-determining genes and its evolutionary mechanism

2020 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 19K06788
• Research Institution: Hiroshima University
• Principal Investigator: 三浦 郁夫 広島大学, 両生類研究センター, 准教授 (10173973)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: 性染色体

Outline of Annual Research Achievements

台湾に生息するスインホーハナサキガエルは、2本の性染色体を繋げた相互転座によっての複合型性染色体を持つ。それゆえ、少なくとも3種類の性決定候補 補遺伝子が存在し、そのうち2つは、トリのDMRT1とヒトのSOX3(SRY)であることから、トリとヒトの性決定遺伝子を併せ持つ初めての脊椎動物である。本研究で は、3つの性決定遺伝子で構成される複合型性染色体の性決定様式と元祖型を起点としたその進化機構の解明を目的とする。
平成２年度は、オスで三つ巴式の転座を生じた3本の染色体を直接的に証明するために、染色体のマイクロダイセクションを行い、それを蛍光色素でラベルすることにより染色体へのハイブリダイゼーションを行った。その結果、オスの減数分裂で形成される６価染色体は、予想通り、第１、第３、第7染色体の3本の染色体から構成されていることが明らかとなった。初年度からここまでの成果をまとめた論文が３月にCellsで出版された。一方、性連鎖マーカーの取得を目的として、オス１０個体、メス１０個体からDNAを抽出し、Diversity Array Technique解析を行った。オスでヘテロないし、オスにのみ出現するDNAマーカーを20個単離することに成功した。現在、その解析を行っている。また、転座が生じていない元祖集団についても同様の解析を行い、現在、結果待ちの状態である。また、集団解析については、北、東および中央の地域集団についてミトコンドリア遺伝子の12Sと16SrRNA遺伝子配列を決定したところ、北と東が1つのクレード、中央が別のクレードを形成した。また、コガタハナサキガエルとは明確に異なるクレードを形成した。なお、核ゲノムのマイクロサテライト解析についてはコガタハナサキガエルについてのみ結果を得たが、スインホーでは解析がうまく機能しなかった。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

昨年度、未達成であった染色体マッピングが達成できた。これにより、ここまでの結果を論文として出版できたことは大きな成果である。本年度達成目的の性連鎖マーカーも取得できた。また、スインホーハナサキガエルの地域集団の遺伝的関係も全体像が明らかになってきており、概ね順調に成果は出ている。

Strategy for Future Research Activity

令和３年度は最終年度である。元祖集団の性染色体を同定することで祖先型の性染色体を同定し、元祖集団と転座集団における性決定遺伝子の同定とその発現解析を目的とする。そして、令和２年度に解析中のデータは解析を終了し、以上の成果をまとめることが最終目的である。

Research Products

• [Int'l Joint Research] 台湾師範大学(台湾)
  • Country Name: 台湾
  • Counterpart Institution: 台湾師範大学
• [Journal Article] Evolution of a multiple sex-chromosome system by three-sequential translocations among potential sex-chromosomes in the Taiwanese frog Odorrana swinhoana. (2021)
  • Author(s): Miura I, Shams F, Lin S-M, 1, Cioffi MB, Liehr T, Al‐Rikabi A, Kuwana C, Srikulnath K, Higaki Y, Ezaz E.
  • Journal Title: Cells Volume: 10 Pages: 661
  • DOI: 10.3390/cells10030661
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Hybridogenesis in the Water Frogs from Western Russian Territory: Intrapopulation Variation in Genome Elimination. (2021)
  • Author(s): Miura I, Vershinin V, Vershinina S, Lebedinsky A, Trofimov A, Sitnikov I and Ito M
  • Journal Title: Genes Volume: 12 Pages: 244
  • DOI: 10.3390/genes12020244
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Comparative genomics of Glandirana rugosa using unsupervised AI reveals a high CG frequency (2021)
  • Author(s): Katsura Y, Ikemura T, Kajitani R, Toyoda A, Itoh T, Ogata M, Miura I, Wada K, Wada Y, and Satta Y
  • Journal Title: Life Science Alliance Volume: - Pages: -
  • DOI: 10.26508/lsa.202000905
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Evolution of sex-chromosome heteromorphy in geographic populations of the Japanese Tago’s brown frog complex. (2021)
  • Author(s): Kuwana C, Fujita H, Tagami M, Matsuo T, and Miura I
  • Journal Title: Cytogenetic and Genome Research Volume: - Pages: -
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Optimistic destiny of sex chromosome evolution in frogs (2020)
  • Author(s): Miura I and Ogata M
  • Organizer: 7th Asian-Pacific Chromosome Colloquium
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Sex chromosome evolution in Japanese tago's brown frog species complex (2020)
  • Author(s): Kuwana C, Fujita H, Tagami M, Matsuo T, Sriklunath K, Miura I
  • Organizer: 7th Asian-Pacific Chromosome Colloquium
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Evolutionary genetic study on giant salamander, the geographic populations newly found in Hiroshima Prefecture, Japan. (2020)
  • Author(s): Goto S, Shimizu N, Tsubota H, Ikeda S, Taguchi Y, Minami S and Miura I
  • Organizer: 7th Asian-Pacific Chromosome Colloquium
  • Int'l Joint Research
• [Remarks] 【研究成果】6本の性染色体をもつカエルを発見
  • URL: https://www.hiroshima-u.ac.jp/news/63680