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複雑ネットワークの視点からの新規細胞タイプの進化

Research Project

Project/Area Number 18H04004
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (A)

Allocation TypeSingle-year Grants
Section一般
Review Section Medium-sized Section 45:Biology at organismal to population levels and anthropology, and related fields
Research InstitutionUniversity of Tsukuba

Principal Investigator

和田 洋  筑波大学, 生命環境系(副学長), 副学長 (60303806)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 矢田 哲士  九州工業大学, 大学院情報工学研究院, 教授 (10322728)
川島 武士  国立遺伝学研究所, 情報研究系, 助教 (10378531)
市瀬 夏洋  京都大学, 情報学研究科, 特定准教授 (70302750)
Project Period (FY) 2018-04-01 – 2023-03-31
Project Status Granted (Fiscal Year 2022)
Budget Amount *help
¥43,550,000 (Direct Cost: ¥33,500,000、Indirect Cost: ¥10,050,000)
Fiscal Year 2022: ¥8,190,000 (Direct Cost: ¥6,300,000、Indirect Cost: ¥1,890,000)
Fiscal Year 2021: ¥8,190,000 (Direct Cost: ¥6,300,000、Indirect Cost: ¥1,890,000)
Fiscal Year 2020: ¥9,360,000 (Direct Cost: ¥7,200,000、Indirect Cost: ¥2,160,000)
Fiscal Year 2019: ¥8,580,000 (Direct Cost: ¥6,600,000、Indirect Cost: ¥1,980,000)
Fiscal Year 2018: ¥9,230,000 (Direct Cost: ¥7,100,000、Indirect Cost: ¥2,130,000)
Keywords遺伝子ネットワーク / 新規細胞 / プロモーター / ウニ / 進化 / 遺伝子制御ネットワーク / 新規細胞タイプ / ゲノム / 非モデル生物 / 棘皮動物 / 発生学的浮動 / ヒトデ
Outline of Annual Research Achievements

棘皮動物を対象に、発生過程における遺伝子発現の個体変異を検出することで、発生過程で作動している遺伝子発現制御ネットワークに変異が見られることを検証した。その結果、転写因子の発現パターンに変異が検出されており、発生過程でのネットワークの違いがあるという仮説を支持する証拠を得た。この変異が新規細胞タイプの形成に寄与している可能性を指摘しながら、公表に向けて進めていく。
また、発生段階における遺伝子ネットワークのin silico での解析によって、発生砂時計モデルの検証も行った。発現パターンが最も保存していると言われる胚形成中期に遺伝子ネットワークの変異ロバスト性が最も高いことを示した。また変異ロバスト性だけではなく遺伝子ネットワークのホメオスタシスも発生段階によって変化し、中期に最も低くなることを見いだした。変異ロバスト性とホメオスタシスの理論的解析により両者は負に相関していることを示した。
さらに、動物の進化における保存されたネットワークの一端を明らかにするため、動物門毎に特異的なmicrosyntenyと、そこに保存された短い配列を抽出した。非モデル生物においては、遺伝子モデル予測が不完全なために第一イントロン内の保存された制御領域を発見するのが困難であり、この問題を解決することが課題として残った。
非モデル生物ゲノムにおけるタンパク質コード遺伝子の発見にも取り組んだ。ここでは、十分な量の学習データを用意することが難しいため、遺伝子発見で頻繁に用いられるk-merの出現頻度の統計について、比較的小さなkでも高い信頼性を示す遺伝子発見手法を開発した。この手法の予測精度は、従来のベンチマークデータでは95%を越えるが、同時に、これらのデータに潜む問題点も明らかになった。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

理論的な解析と実験的な解析を複合的に組み合わせつつ、遺伝子ネットワークの柔軟性とロバスト性に多角的にアプローチすることで、新規細胞タイプの創成の理解につながる成果が得られてきている。20年度は移動に制限があったため、研究打ち合わせが十分に行えなかった点もあるが、4人の研究者の成果を有機的に結びつけた新たな構想が結実してきている。

Strategy for Future Research Activity

2021年度は、実地での研究打ち合わせの機会を増やして、個々の研究成果を有機的に結びつけて研究を展開していく。また、学会誌の特集号の形で成果を発表していくことで、この研究グループでの成果を広く発信することも計画する。

Report

(3 results)
  • 2020 Annual Research Report
  • 2019 Annual Research Report
  • 2018 Annual Research Report

Research Products

(6 results)

All 2021 2020 2019

All Journal Article (6 results) (of which Peer Reviewed: 6 results,  Open Access: 1 results)

  • [Journal Article] Quasiperiodic-Chaotic Neural Networks and Short-Term Analog Memory.2021

    • Author(s)
      N. Ichinose
    • Journal Title

      Int. J. Bifurc. Chaos

      Volume: 31 Pages: 1-18

    • DOI

      10.1142/s0218127421300032

    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] pmar1/phb homeobox genes and the evolution of the double-negative gate for endomesoderm specification in echinoderms2020

    • Author(s)
      Yamazaki Atsuko、Morino Yoshiaki、Urata Makoto、Yamaguchi Masaaki、Minokawa Takuya、Furukawa Ryohei、Kondo Mariko、Wada Hiroshi
    • Journal Title

      Development

      Volume: 147 Pages: 182139-182139

    • DOI

      10.1242/dev.182139

    • NAID

      120007132931

    • Related Report
      2020 Annual Research Report 2018 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Establishment of the novel bivalve body plan through modification of early developmental events in mollusks2020

    • Author(s)
      Wada Hiroshi、Phuangphong Supanat、Hashimoto Naoki、Nagai Kiyohito
    • Journal Title

      Evolution and Development

      Volume: in press Pages: 463-470

    • DOI

      10.1111/ede.12334

    • Related Report
      2020 Annual Research Report 2018 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Development of the lamprey velum and implications for the evolution of the vertebrate jaw2020

    • Author(s)
      Yokoyama Hiromasa、Yoshimura Miho、Suzuki Daichi G.、Higashiyama Hiroki、Wada Hiroshi
    • Journal Title

      Developmental Dynamics

      Volume: 250 Pages: 88-98

    • DOI

      10.1002/dvdy.243

    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Retinoic Acid Signaling Regulates the Metamorphosis of Feather Stars (Crinoidea, Echinodermata): Insight into the Evolution of the Animal Life Cycle2020

    • Author(s)
      Yamakawa Shumpei、Morino Yoshiaki、Kohtsuka Hisanori、Wada Hiroshi
    • Journal Title

      Biomolecule

      Volume: 10 Pages: 37-37

    • DOI

      10.3390/biom10010037

    • NAID

      120007127671

    • Related Report
      2019 Annual Research Report 2018 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Regulation of Metamorphosis by Environmental Cues and Retinoic Acid Signaling in the Lecithotrophic Larvae of the Starfish Astropecten latespinosus2019

    • Author(s)
      Yamakawa Shumpei、Morino Yoshiaki、Honda Masanao、Wada Hiroshi
    • Journal Title

      Biological Bulletin

      Volume: 237 Pages: 213-226

    • DOI

      10.1086/706039

    • NAID

      120007132666

    • Related Report
      2019 Annual Research Report 2018 Annual Research Report
    • Peer Reviewed

URL: 

Published: 2018-04-23   Modified: 2022-07-01  

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