2021 Fiscal Year Research-status Report
Exploaring the origin of appendages in metazoans: Verification of the genitalia-origin hypothesis
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21K18240
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
三浦 徹 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 教授 (00332594)
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| Project Period (FY) |
2021-07-09 – 2026-03-31
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| Keywords | 珍無腸動物門 / 左右相称動物 / 交尾器 / 繁殖様式 / 無性生殖 / 有性生殖 / 体内受精 / 付属肢 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究課題では、珍無腸動物門における繁殖様式に焦点を当て、左右相称動物においていかにして繁殖の様式が進化してきたのかについて新たな洞察を得ることを目的とする。主として用いる研究対象はミサキムチョウウズムシであり、本年度はトランスクリプトームデータから遺伝子カタログを作成し、付属肢の発生に重要とされる遺伝子の同定に成功している。また、成長に伴う交尾器の発達過程についても精査しており、雄性先熟であることが示唆されている。今後は、in situ ハイブリダイゼーションなどにより、交尾器の発達に必要な遺伝子がどのように発現しているのかについて詳細な解析を行う。
また、特殊な無性生殖を行う無腸動物 Convolutriloba longifissuraについても大きな成果が得られた。本種は飼育条件下では主として分裂を行うことで増殖するが、横分裂と縦分裂を組み合わせた特異な分裂様式を呈する。この特殊な分裂がどのように制御されているのかを知るため、分裂過程の詳細なステージングと切断実験を行った。その結果、横分裂が適切な位置に入ることで、縦分裂が誘導されていることが示唆された。また、比較トランスクリプトーム解析によって、縦分裂の分子発生機構を解明することを試みた。面白いことに、駆動されることが予想されたアポトーシスは縦分裂には使われておらず、分裂と並行して２つの頭部再生が起こることで、２つの頭部が独自に運動を開始することで、中央部分の亀裂が大きくなることが示唆されている。今後はこれまでの成果を論文としてまとめるとともに、発現上昇が認められた正中線の規定に関する遺伝子の発現局在をin situ ハイブリダイゼーションなどにより、特定する予定である。
本年度に導入された臨界点乾燥装置によりサンプルを処理することで、走査電子顕微鏡での交尾器の微細構造などの解析が詳細に行えるようになった。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
当初の予定として本研究の対象はミサキムチョウウズムシ Hofstenia atroviridisのみを考えていた。というのも、珍無腸動物の仲間はその生態や生息状況なども分かっておらず、研究材料となり得る種が非常に限られ、知見も非常に乏しかったからである。当初の予定であったミサキムチョウウズムシについては、予定通りトランスクリプトーム解析を行い、遺伝子情報を獲得すること、また、研究室での飼育系を確立し、成長段階に応じた繁殖器官の発達について観察を行うことは実施できている。この情報に基づき、遺伝子発現解析を詳細に行うことで、生殖腺や交尾器の発達に必要な遺伝子の発現動態を解析できる状況が整いつつある。
その一方、当初の計画には、他の無腸動物の種は含まれていなかったが、研究室内の水槽で爆発的に無性生殖を行うConvolutriloba longifissuraという種が本研究課題の研究対象として有用であることが発覚し、大学院生の協力のもと、無性生殖の過程についての詳細な解析が飛躍的に進んだ。分裂過程のステージング、トランスクリプトーム解析などを組み合わせることにより、特殊な縦分裂を含む無性生殖がどのような機構により実現しているのかが明らかになりつつある。
他にも研究室で維持している無腸動物がいるため、各種における詳細な研究のみならず、系統間の比較なども行うことで繁殖様式の進化についての理解が深まることが期待される。
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| Strategy for Future Research Activity |
ミサキムチョウウズムシに関しては、当初の予定に即した方針で、交尾器および生殖巣の発達と、それに伴う遺伝子発現解析について詳細な解析を推進していく。それとともに、それらの遺伝子の分子進化についても分子系統解析等を駆使することで研究を進めていく。特に着目すべき点としては、他の左右相称動物の付属肢の発生に使われているツールキット遺伝子が、珍無腸動物の交尾器の形成に使われているかどうかであり、これについての解析に力を注ぐ予定である。
また、無腸動物の行う特殊な無性生殖様式についてはこれまでの成果をまとめるとともに、更なる遺伝子発現解析（特に局在の特定をin situハイブリダイゼーションなどにより行う）により、根底に潜む分子発生機構の解明とその進化について洞察を深める。並行して、有性生殖の誘導についても飼育条件を色々と検討することにより試み、有性生殖と無性生殖の環境による切替の機構についても考察していく。
前口動物に属する扁形動物も、無腸動物同様の交尾行動を行うため、扁形動物についても、交尾器の発生と分子機構を探ることにより、左右相称動物における交尾器進化の方向性についても探っていくことを計画している。
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| Causes of Carryover |
本年度はコロナ禍により、研究の進展が影響を受けた。特に物品の納入が滞ることがあり、年度末になってようやく臨界点乾燥装置が導入された。そのため、その機器を用いた研究展開が未だ着手されたばかりで、その分の軽費は次年度持ち越しとなる。また、抗体染色なども海外からの納品が遅れるなどの事態が生じ、思うように実験が進められない部分もあったため、次年度使用額が生じた。
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