2013 Fiscal Year Annual Research Report
性染色体領域の比較解析に基づく「雌雄性の誕生」の進化生物学的研究
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24247042
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
野崎 久義 東京大学, 理学(系)研究科(研究院), 准教授 (40250104)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
宮城島 進也 国立遺伝学研究所, 新分野創造センター, 特任准教授 (00443036)
関本 弘之 日本女子大学, 理学部, 教授 (20281652)
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| Project Period (FY) |
2012-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | 雌雄性進化 / 性染色体領域 / 比較ゲノム / 群体性ボルボックス目 / 性特異的遺伝子 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
同型配偶から異型配偶・卵生殖への進化を分子レベルで研究できそうな系統群は生物界で唯一、群体性ボルボックス目である。最近、近縁な単細胞同型配偶のクラミドモナス (Chlamydomonas reinhardtii) と2000以上の細胞からなる卵生殖ボルボックス (Volvox carteri) の性染色体領域 (MT) のゲノム解読と比較の結果、ボルボックスのMTは拡大・両極化し、15個の雌雄に特異的な遺伝子が発見された (Ferris et al. 2010)。また、ボルボックス両性のMTに存在する遺伝子 (shared genes)で、配列が著しく異なるものが数多く認められた。その一つMAT3 遺伝子はRBホモログであり、クラミドモナスで細胞周期を制御するので（Umen & Goodenough 2001, Genes & Development）、ボルボックスのオスで両極化した本遺伝子ホモログが小さい雄性配偶子(精子)を数多く作り出すことに直接的に関与している可能性が示唆された (Ferris et al. 2010)。しかし、他の群体性ボルボックス目のMAT3ホモログに関する報告はこれまでになかった。我々は群体性ボルボックス目の同型配偶（Gonium, Yamagishiella）、異型配偶（Eudorina, Pleodorina）、卵生殖（Volvox africanus）の生物のヘテロタリック株の両性からMAT3ホモログの全長配列を縮重プライマー法やBACライブラリ等を用いて決定し、比較した。その結果、V. carteri に認められた著しい本遺伝子の両極化は同型配偶と異型配偶の生物では認められず、V. carteri がV. africanus と分岐した以降急激に起こったことが推測された。また、性決定遺伝子MIDホモログが、ホモタリックの性の生物から初めて発見された（Hamji et al. 2013, PLoS ONE 8(5): e64385)
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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
近縁な生物の同型配偶から卵生殖の生物の性染色体領域の遺伝子の初めての包括的な解析を実施することができ、論文も出版され、Mol. Biol. Evo. 2013 年5月号の表紙を飾った。また、性決定遺伝子MIDホモログが、ホモタリックの性の生物から初めて発見され、論文として出版された（Hamji et al. 2013, PLoS ONE 8(5): e64385)
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| Strategy for Future Research Activity |
本年度は群体性ボルボックス目の同型配偶（Gonium, Yamagishiella）、異型配偶（Eudorina, Pleodorina）、卵生殖（Volvox africanus）の生物のヘテロタリック株の両性からMAT3ホモログの全長配列を縮重プライマー法やBACライブラリ等を用いて決定し、比較した。その結果、V. carteri に認められたMAT3 遺伝子の両性での著しい置換は本種の系統だけに生じており、同型配偶の生物のみならず異型配偶および卵生殖のV. africanus においても認められなかった。また、系統解析の結果、MAT3の両極化はV. carteri がV. africanus と分岐した以降急激に起こったことが推測された。性染色体領域（MT）では遺伝子の組み換えはないと考えられるので、この結果は本群のV. carteri 以外の生物においては gene conversion 等で両性の遺伝子が均一化していることを示した。また、V. carteri で認められた両性のMAT3の両極化（Ferris et al. 2010< Science）は、群体性ボルボックス目の系統内における雌雄性の誕生以降においてgene conversion が抑制され著しく拡大されたものと推測された。従っ今後、卵生殖 V. carteri より進化段階の低い異型配偶の生物の MT のゲノム解読を実施し、雌雄性の進化に直接関与した両極化した（ gene conversion していない）遺伝子の探索を実施する予定である。
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Research Products
(12 results)
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[Journal Article] Mitochondrial and plastid genomes of the colonial green alga Gonium pectorale give insights into the origins of organelle DNA architecture within the Volvocales.2013
Author(s)
Hamaji, H., Smith, D. R., Noguchi, H., Toyoda, A., Suzuki, M., Kawai-Toyooka, H., Fujiyama, A., Nishii, I., Marriage, T., Olson, B. J. S. C. and Nozaki, H.
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Journal Title
PLoS ON
Volume: 9
Pages: e57177
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
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[Journal Article] The evolution of male-female sexual dimorphism predates the gender-based divergence of the mating locus gene MAT3/RB.2013
Author(s)
Hiraide, R., Kawai-Toyooka, H., Hamaji, T., Matsuzaki, R., Kawafune, K., Abe, J., Sekimoto, H., Umen, J. and Nozaki, H.
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Journal Title
Mol. Biol. Evol.
Volume: 30
Pages: 1038-1040
DOI
Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
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[Journal Article] The simplest integrated multicellular organism unveiled.2013
Author(s)
Arakaki, Y., Kawai-Toyooka, H., Hamamura, Y., Higashiyama, T., Noga, A., Hirono, M., Olson, B. J. S. C. and Nozaki, H.
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Journal Title
PLoS ONE
Volume: 8
Pages: e81641
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
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[Presentation] ex-determining locus in the isogamous colonial volvocine Gonium pectorale gives insights into the evolution of oogamy in volvocine green algae2013
Author(s)
Hamaji, T., Mogi, Y., Ferris, P., Mori, T., Miyagishima, SY., Kabeya, Y., Nishimura, Y., Toyoda, A., Noguchi, H., Fujiyama, A., Suzuki, M., Kawai-Toyooka, H., Olson, B. J. S. C., Marriage, T. H., Umen, J., Nishii, I., and Nozaki, H.
Organizer
Annual Meeting of SMBE 2013
Place of Presentation
Hyatt Regency Chicago, Chicago,, USA
Year and Date
2013-07-07 – 2013-07-11
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