2014 Fiscal Year Annual Research Report
暖流系生物の分布拡大で変遷する寒流域生物群集-漂着・繁殖あるいはゲノムパラサイト
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26292098
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| Research Institution | Hokkaido University |
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Principal Investigator |
宗原 弘幸 北海道大学, 北方生物圏フィールド科学センター, 准教授 (80212249)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
荒井 克俊 北海道大学, 水産科学研究科(研究院), 教授 (00137902)
武島 弘彦 総合地球環境学研究所, 研究高度化支援セミナー, 特任助教 (50573086)
矢部 衛 北海道大学, 水産科学研究科(研究院), 教授 (80174572)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | 半クローン / アイナメ系雑種 / クジメ系雑種 / DNAバーコーディング / 初期形態変化 / 分子分類 / 季節回遊魚 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、地球規模の環境変動で温帯種との遭遇機会が増える北日本に生息する魚類の応答について解析することを目的とする。そのために本年度は、DNAバーコーディングにより、北日本に漂着出現する稚魚類を分子分類し、魚類相の動態を捉える。また連続採取された種については、形態変化および初期生活史を明らかにする。さらに以前に起きた環境変動により二次的遭遇で半クローンが系代するようになったアイナメ属雑種の遺伝生態学的研究を進める。これは遺伝子レベルの侵入過程のモデルである。本年度の研究概要は以下の通りである。
１．これまでCO1領域の報告がある種をリストアップした。スキューバ潜水により寒冷種および南方からの季節回遊魚の稚魚約50種を採集した。これらのうち、未だ報告がなかったトクビレ科のヤギウオの初期形態変化と生活史を明らかにした。さらに、未記載と見られるダンゴウオ科魚類も採集した。遺伝子は、ナメダンゴに分けられたが、形態が異なっていた。採集地の違いかどうか検討中。
２．これまでの調査で、野外雑種は半クローンとして戻し交配で系代する独立した集団であること、一方純粋種のF１雑種は、ゲノム組成は半クローンと同じ（クジメ又はアイナメ♂xスジアイナメ♀）であるが、通常の組み替え繁殖することが分かって来た。つまり、半クローンは、従来考えられていた遺伝的距離によるものではなく、半クローンをもたらす変異が存在する。この変異を明らかにするため、先ず雑種の倍数性および染色体の遺伝動態を調べた。その結果、半クローンは1～3本の動原体融合を持ち染色体の構造変化があることを明らかにした。次に、この遺伝的な差異を明らかにするため、減数分裂前の卵巣を次世代シーケンサーを使ってトランスクリプトーム解析し、候補遺伝子を検索した。現在、バイオインフォマテック解析を進めている。
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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
漂着稚魚類の分子分類のベースとなるDNAバーコーディングライブラリーの作成が順調に進んでおり、それを使った研究成果が上がっている。概要で述べたヤギウオについては、学会発表し、ダンゴウオ科魚類とともに論文執筆の準備を進めている。また、南方からの漂着稚魚の採集も計画通りに進められた。
遺伝子侵入モデルであるアイナメ属雑種については、研究を始める前に予想していたことよりも複雑で、多くの新知見が得られている。アイナメ属の雑種は、半クローンとして、ゲノム全体が保持された状態で集団内で定着することが、これまでの研究でわかっていた。このことは、単なる交雑としてゲノムの一部を浸透させるよりも、全体を初期状態で保全し、いつでも元の種に戻れる巧妙なシステムであることを意味している。こうした進化生態学的視点から、半クローンは異種ゲノムの遺伝的な和合性の距離ではなく、半クローンを発現させる遺伝的基盤の存在が明らかになってきた。こうしたマクロの分析だけでなく、半クローンの現象のメカニズムを解明する研究でも進展した。半クローンは、野外雑種でのみ発現し、純粋種間の人工授精では通常の組み替え生殖する。この現象を説明する最も可能性のある仮説は、半クローンは、減数分裂する前に父種ゲノムを捨て去ること、減数分裂は還元卵とならずに二倍体で配偶子形成が進むこと、この２つのプロセスでが成り立つ、というものである。この仮説を検証する一環として、様々な雑種系統の染色体を観察した。その結果、半クローンは、動原体融合した染色体を持つことがわかった。つまり、半クローンを発現させる変異遺伝子の所在地のヒントが得られた。このように、アイナメ属雑種は、マクロ、ミクロの視点から、進化学的に大変興味深い知見が得られてきた。
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| Strategy for Future Research Activity |
北日本にDNAバーコーディングライブラリーを充実させることを目的に、「北海道の全魚類図鑑 2011 尼岡邦夫ら著 北海道新聞社」に掲載されている海産種について、COI領域の塩基配列がジーンバンクに登録済みの否かを調べ、未登録種をリストアップする作業を進める。初年度は、寒冷種での成果が多かったが、今年度は、温帯種の漂着状況を精査するため、夏季から秋季にかけての標本採集を充実させたい。これまでの潜水での手網による方法に加えて、水中スクーターを活用した採集方法も開発し、実用化したい。
遺伝子侵入・定着（寄生に近い）モデルの半クローンについては、集団の分布状況を把握するため、標本採集を北へ広げたい。また、繁殖期においては、半クローンのマーカーとして動原体融合が使えるので、これまで識別が困難だったクジメやスジアイナメのなわばりでの半クローンの産卵率を調べる。もし、スジアイナメで半クローンの産卵が確認されたなら、人工授精で出現を確認している、半クローン変異を持つスジアイナメすなわち「戻しスジアイナメ」が野外でも居ることが確認される。戻しスジアイナメは通常の組み替え型生殖なので、ゲノムシャッフルが自然で起こる事が確認できる。
半クローンの発現メカニズムに関する研究は、バイオインフォマテック解析によって、候補遺伝子が絞られる。その遺伝子が動原体融合箇所にあるならば、大正解となるので、これに向けた研究準備をする。この研究戦略については、現在、遺伝子解析の専門家と相談しているところである。
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| Causes of Carryover |
外注している塩基配列解析が一部年度に完了しなかったため、その分が残額となった
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
新年度に入り準備が整ったので発注した。報告者作成時において解析は完了済みである
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[Journal Article] Identification of hemi-clonal reproduction in three species of Hexagrammos marine reef fishes.2014
Author(s)
Kimura, M., Horita, M., Abe, S., Arai, K., Kawata, M. & Munehara, H
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Journal Title
J. Fish Biol.
Volume: 85
Pages: 189-209
DOI
Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
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