2021 Fiscal Year Annual Research Report
魚はどのように陸に上がったか？ ～水陸両適応の古代魚を用いた器官可塑性の解析～
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21J21544
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Research Institution | Tokyo Institute of Technology |
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Principal Investigator |
木村 優希 東京工業大学, 生命理工学院, 特別研究員(DC1)
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| Project Period (FY) |
2021-04-28 – 2024-03-31
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| Keywords | ポリプテルス / 陸上適応 / 繊毛 / 高CO2 / 古代魚 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
約3億5000万年前、一部の魚が陸上へと進出を開始した。水中から陸上へと、大きく異なる環境への適応が起きたにもかかわらず、化石記録から得られる情報は限定的である。本研究課題ではポリプテルスなどの古くからの硬骨魚類の形質を残す現生魚類を用い、陸上適応の遺伝的基盤の理解を目的としている。
水中で呼吸する魚においてエラは必須であるが、陸上進出に伴って消失していった。本研究ではデボン紀の頃の魚の特徴である、肺呼吸とエラ呼吸が両方可能な現生種、ポリプテルスに着目した。中でもエラの微細構造に着目し、走査型電子顕微鏡および免疫染色を用いてポリプテルスのエラにおける繊毛の存在を明らかにした。また、ポリプテルスを陸上や高CO2環境といった条件下で飼育することで、その繊毛が消失することを明らかにした。両条件下で飼育した個体を再び通常の水中へと戻すと繊毛が再出現することから、この変化は可塑的なものであるということが明らかになった。
さらに遺伝子発現解析からこの繊毛が動繊毛であることを示した。機能としてはエラの表面に流れを作り、アンモニアの排泄などを促進しているものと考えられる。この繊毛は水のない陸上環境や、体外から二酸化炭素が流入してしまう高CO2環境下では不利に働くことから消失したと考えられる。周りの環境に応じて可塑的にエラが変化することを示した本研究は、魚類から両生類までの間に失われたエラの進化を解き明かす上で非常に重要な手がかりであると考えている。現在この研究成果を論文にまとめ、国際誌に投稿中である。
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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
初年度はポリプテルスの陸上飼育に伴うエラの微細構造に関して結果をまとめ、国際誌に投稿する予定であった。現在査読中であり、概ね順調に進展している。
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| Strategy for Future Research Activity |
上述の投稿中の論文についてリバイスなどの対応を行う。また、同時並行で行っているハイギョのケラチン遺伝子に関する研究もゲノムからの配列抽出と系統解析が完了している。加えて、ハイギョの陸上飼育時の皮膚の遺伝子発現量の変化を解析中である。陸上飼育時に変化があった遺伝子に着目し、皮膚の形態変化と局在を調査する予定である。
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