2022 Fiscal Year Annual Research Report

Mechanism of parallel evolution and allopatric speciation of dwarf morph that uses empty shells

Research Project

Project/Area Number	22H02686
Allocation Type	Single-year Grants
Research Institution	University of Hyogo
Principal Investigator	高橋鉄美兵庫県立大学, 自然・環境科学研究所, 教授 (70432359)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	京極大助兵庫県立人と自然の博物館, 兵庫県立人と自然の博物館, 研究員(移行) (00771875) 二階堂雅人東京工業大学, 生命理工学院, 准教授 (70432010) 渡邉正勝大阪大学, 大学院生命機能研究科, 准教授 (90323807)
Project Period (FY)	2022-04-01 – 2027-03-31
Keywords	古代湖 / シクリッド / 平行進化 / 適応放散 / 側所的種分化 / ザンビア
Outline of Annual Research Achievements	タンガニイカ湖に固有なTelmatochromis temporalisには三つの生態型が知られている。岩の隙間に隠れる普通型（最大体長８cm）、シェルベッド（巻貝の空き殻が敷き詰められた底質）に生息して貝殻を隠れ場所とする矮小型（同４cm）、そして岩と砂の混ざった底質に生息して岩の下に隠れる痩身型（同６cm）である。本研究では、矮小型の進化に注目して、１）普通型の体サイズに関するstanding genetic variation (SGV)が矮小型への平行進化を可能にしたとする仮説を分子生物学的に検証し、２）側所的種分化の初期段階として、岩場とシェルベッドで体サイズに対する同類交配が生じるかを飼育実験で確かめる。１の研究では、体サイズの責任遺伝子を探索するためpooled genome-wide association study (GWAS)を行う。このため今年度（2023年度）には、現地での潜水調査を行い、２地点で普通型と矮小型を３０個体ずつ（計１２０個体）採集した。これらのサンプルは、地点ごと、型ごとにDNA抽出液を混ぜてゲノムリシーケンスを行った。予備解析では、１地点のサンプルだけでは型間で違う変異が多すぎて体サイズの責任遺伝子を絞り込むことができなかったが、２地点で共通する変異を選ぶことにより、数個の候補遺伝子座に絞り込むことができた。また、これらのうち一部は既報のquantitative trait locus (QTL)解析でも検出されており、信ぴょう性が高いと考えられる。また２の研究では、両型を交配させたF2が必要である。８月の現地調査では生体の持ち帰りに失敗したため、３月に再度現地に赴き、普通型のオス１個体と矮小型のメス３個体の持ち帰りに成功した。これらの個体は、現在実験室で慣らし飼育をしている。この他、現地調査で痩身型の進化についても調べた。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason 予定していたpooled GWASを行い、候補遺伝子の探索に目処が立った。また、現地調査では予定していた通り生体を採集し、日本に持ち帰ることに成功した。また現地調査では、これまで不明だった痩身型の進化要因と、普通型との生殖隔離機構についてもデータを取得することができた。８月の調査で生体の持ち帰りに失敗したことは、現地での事情（長距離移動のバスが古くて予想以上に揺れ、また移動時間も予想の１８時間を大きく上回る２８時間かかったため、生体が弱ってしまった）によるものであるとは言え、交配実験の開始が遅れてしまったことは事実である。翌３月に生体の持ち帰りに成功したが、結果的に実験開始が半年ほど遅れてしまった。以上のことを鑑み、「おおむね順調に進展している」とした。
Strategy for Future Research Activity	今後は、pooled GWASの解析をさらに進め、候補遺伝子を特定する。併せてゼブラフィッシュを用いて候補遺伝子の働きを確認する。そして、普通型と矮小型を広範囲から採集し、候補遺伝子の頻度分布を調べて、普通型におけるSGVが矮小型の平行進化を可能にしたとする仮説の検証を行う。側所的種分化の初期段階を再現する実験では、できるだけ早くF2を安定して得られるようにする。これができるようになれば、岩場とシェルベッドを設置した水槽にF2個体を入れて、同類交配が行われるかを観察する。また、同類交配が観察された場合は、その個体の体サイズ遺伝子を調べて、遺伝子に選択がかかったかを確かめる。