Evolutionary biological studies of initial transitions of gender phenotypes

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 20H03299
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 45020:Evolutionary biology-related
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: Nozaki Hisayoshi 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 客員共同研究員 (40250104)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 山口 晴代 国立研究開発法人国立環境研究所, 生物多様性領域, 主任研究員 (20722672) ; 河地 正伸 国立研究開発法人国立環境研究所, 生物多様性領域, 室長 (50260469) ; 高橋 文雄 東邦大学, 薬学部, 講師 (60332318)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: 性進化 / 性多様性 / 性決定遺伝子 / 性染色体 / 性決定領域 / ボルボックス類 / 全ゲノム解析 / 両性型

Outline of Final Research Achievements

Whole genomes of closely related species of Volvox, heterothallic V.reticuliferus and homothallic V. africanus, were generated and analyzed to reveal expanded (ca. 1 Mbp.) sex-determining regions (SDRs) in V. reticuliferus and expanded (ca. 1 Mbp.)　SDR-like region (SDLR)in V. africanus. SDLRs were continuous and had male or female origin. Thus, expanded SDR/SDLR seems essential for heterothallic and homothallic sexual reproduction of Volvox. In addition, trioecy (mating system with male, female and bisexual phenotypes) of haploid species was firstly found in the volvocine species Pleodorina starrii. By generating de novo whole genomes of the three phenotypes of P. starrii, molecular genetic bases for evolution of trioecy (drastic reorganization of male and female SDRs of the ancestral heterothallic species) were demonstrated.

Free Research Field

性の多様性と進化

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

両性の特徴を同時に持つ生物（両性種）がどのように誕生したかを明らかにする目的で、ボルボックスの両性種と近縁種の全ゲノム解析を実施した。その結果、両性種でメスまたはオス側の性染色体の性決定領域の残存が明らかなり、性染色体の両性種における重要性が示唆された。また、3種類の性別（メス、オス、両性型）を持つハプロイド種がボルボックス類のプレオドリナで初めて明らかになった。本種の新規全ゲノム解析から、性染色体のメス・オス特異的遺伝子に大規模な再編成が認められた。3種類の性別が安定的に共存している生物種の存在が示唆され、性別の決定システムと性のダイバーシティーの研究分野に大きく影響することが期待された。