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新しい脊椎動物モデル・キンギョの変異体の表現型多様性を作り上げる分子機構の理解

Research Project

Project/Area Number 19K22426
Research Category

Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)

Allocation TypeMulti-year Fund
Review Section Medium-sized Section 44:Biology at cellular to organismal levels, and related fields
Research InstitutionNagahama Institute of Bio-Science and Technology

Principal Investigator

大森 義裕  長浜バイオ大学, バイオサイエンス学部, 教授 (90469651)

Project Period (FY) 2019-06-28 – 2022-03-31
Project Status Granted (Fiscal Year 2020)
Budget Amount *help
¥6,370,000 (Direct Cost: ¥4,900,000、Indirect Cost: ¥1,470,000)
Fiscal Year 2021: ¥2,080,000 (Direct Cost: ¥1,600,000、Indirect Cost: ¥480,000)
Fiscal Year 2020: ¥2,080,000 (Direct Cost: ¥1,600,000、Indirect Cost: ¥480,000)
Fiscal Year 2019: ¥2,210,000 (Direct Cost: ¥1,700,000、Indirect Cost: ¥510,000)
Keywordsゲノムワイド関連解析 / キンギョ / 脊椎動物モデル / 家畜化 / 全ゲノム重複 / モデル動物 / 形態形成
Outline of Research at the Start

キンギョはフナを原種とし、約1000年前の中国で育種が始まった。キンギョはその育種の歴史の中で様々な品種が作出され、形態的な表現型の多様性やウロコや体色の変化を含む様々な表現型が見られる変異体であり相互に交配が可能である。キンギョ変異体の表現型の中には、ゼブラフィッシュやメダカでは見られない表現型が多く存在し、その分子メカニズムを解明することで脊椎動物に共通する形態や体色の発生の分子メカニズムが明らかになることが期待される。本研究では、キンギョ品種のもつ表現型の原因遺伝子の同定と分子メカニズムの解明を行う。

Outline of Annual Research Achievements

キンギョは、全ゲノム重複を1400万年前に経験しており、全ゲノム重複後の遺伝子進化の研究に適したモデル生物である。また、ゼブラフィッシュやメダカに見出されてこなかった変異体も多く、新たな脊椎モデル生物として注目されている。本研究では、新しい脊椎モデルとしてのキンギョの解析と表現型の多様性を作り上げるメカニズムの解明をすすめてきた。これまでに、キンギョ全ゲノム解読を完了し、論文発表を行った。また、キンギョ品種のゲノム解析を行い、ゲノムワイド関連解析を行うことで、5つの表現型に関連する6つの遺伝子座を新たに同定した。令和2年度は、これまで行ってきたキンギョ品種を用いたゲノム解析に関する知見をまとめ、論文として発表および学会発表を行った。キンギョとコイとのゲノム規模の配列の比較を行い、非対称サブゲノム進化についてより詳細な解析を行った。金魚品種同士の雑種交配実験に関しては、F2世代の表現型データの解析を行った。F2世代のキンギョ個体からゲノムを精製して、次世代DNAシーケンサーで解析を行い、ゲノムワイド関連解析(GWAS)などのバイオインフォマティクスの手法を使って、表現型と関連する遺伝子座の解析を進めた。一方で、ゼブラフィッシュを用いて、キンギョで見つかった遺伝子に対してゲノム編集を行うことで表現型の因果関係の解析を行った。令和3年度は、新たにF2世代が得られた集団について、ゲノム精製を行い全ゲノムシーケンスやRADseqによる次世代DNAシーケンサーを用いた解析を進める。さらに、表現型をもつキンギョの組織を単離し、RNAを精製し複数個体の野生型と変異体のRNAseq解析を進めることで、原因遺伝子の同定の補助とするとともに、分子メカニズムの解明に繋げる。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

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

Reason

令和2年度は、これまで行ってきたキンギョ品種を用いたゲノム解析に関する知見をまとめ、論文として発表および学会発表を行ったキンギョゲノムとコイゲノムとのゲノム規模の配列の比較を行い、非対称サブゲノム進化についてより詳細な解析を行った。金魚品種同士の雑種交配実験に関しては、F2世代の表現型データの解析を行った。F2世代のキンギョ個体からゲノムを精製して次世代シーケンサーで解析を行い、ゲノムワイド関連解析(GWAS)などのバイオインフォマティクスの手法を使って、表現型と関連する遺伝子座の解析を進めた。また、新たな品種の個体からゲノムを精製し、得られたデータをこれまでのデータと統合したかたちでGWAS解析もすすめている。一方で、ゼブラフィッシュを用いて、キンギョで見つかった遺伝子に対してゲノム編集を行うことで表現型の因果関係の解析を行った。

Strategy for Future Research Activity

令和3年度は、昨年度、新しく作製した表現型をもつキンギョの雑種交配F1を掛け合わせてF2世代の作製を行う。また、新たにF2世代が得られた集団については、ゲノム精製を行い全ゲノムシーケンスやRADseqによる次世代DNAシーケンサーを用いた解析を進める。さらに、表現型をもつキンギョの組織を単離し、RNAを精製する。こうして得られた材料を元に複数個体の野生型と変異体のRNAseq解析を進めることで、原因遺伝子の同定の補助とするとともに、分子メカニズムの解明に繋げる。また、昨年度得られた品種間におけるゲノムワイド関連解析のデータの情報学的解析をすすめ、論文発表に繋げる予定である。

Report

(2 results)
  • 2020 Research-status Report
  • 2019 Research-status Report

Research Products

(15 results)

All 2020 2019 Other

All Int'l Joint Research (3 results) Journal Article (5 results) (of which Int'l Joint Research: 3 results,  Peer Reviewed: 3 results,  Open Access: 3 results) Presentation (5 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results,  Invited: 3 results) Remarks (2 results)

  • [Int'l Joint Research] NIH(米国)

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  • [Int'l Joint Research] INRA(フランス)

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  • [Journal Article] Sex chromosome and sex locus characterization in goldfish, Carassius auratus (Linnaeus, 1758)2020

    • Author(s)
      Wen Ming、Feron Romain、Pan Qiaowei、Guguin Justine、Jouanno Elodie、Herpin Amaury、Klopp Christophe、Cabau Cedric、Zahm Margot、Parrinello Hugues、Journot Laurent、Burgess Shawn M.、Omori Yoshihiro、Postlethwait John H.、Schartl Manfred、Guiguen Yann
    • Journal Title

      BMC Genomics

      Volume: 21 Pages: 552-564

    • DOI

      10.1186/s12864-020-06959-3

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    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] The Genetic Basis of Morphological Diversity in Domesticated Goldfish2020

    • Author(s)
      Tetsuo Kon, Yoshihiro Omori, Kentaro Fukuta, Hironori Wada, Masakatsu Watanabe, Zelin Chen, Miki Iwasaki, Atsushi Toyoda, Shawn M. Burgess, Hideki Noguchi, Takahisa Furukawa, et al.
    • Journal Title

      Current Biology

      Volume: 30

    • DOI

      10.1016/j.cub.2020.04.034

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    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] キンギョの遺伝子は普通の魚の約2倍!キンギョが様々な形や色を持つ理由2020

    • Author(s)
      大森義裕
    • Journal Title

      月刊アクアライフ増刊、きんぎょ生活

      Volume: 6 Pages: 60-62

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  • [Journal Article] 連載講座 生命科学を拓く新しい実験動物モデルー キンギョの多様な表現型と全ゲノム重複-疾患モデル動物としての展開2020

    • Author(s)
      大森 義裕
    • Journal Title

      生体の科学

      Volume: 71 Issue: 1 Pages: 68-73

    • DOI

      10.11477/mf.2425201122

    • ISSN
      0370-9531, 1883-5503
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  • [Journal Article] De novo assembly of the goldfish (Carassius auratus) genome and the evolution of genes after whole-genome duplication2019

    • Author(s)
      Chen Zelin、Omori Yoshihiro、Koren Sergey、Shirokiya Takuya、Kuroda Takuo、Miyamoto Atsushi、Wada Hironori、Fujiyama Asao、Toyoda Atsushi、Zhang Suiyuan、Wolfsberg Tyra G.、Kawakami Koichi、Phillippy Adam M.、Mullikin James C.、Burgess Shawn M.、NISC Comparative Sequencing Program
    • Journal Title

      Science Advances

      Volume: 5

    • DOI

      10.1126/sciadv.aav0547

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    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Presentation] Understanding of molecular mechanisms underlying on morphological diversity of goldfish (Carassius auratus) strains2020

    • Author(s)
      今鉄男、大森義裕
    • Organizer
      2020年 日本分子生物学会大会
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      2020 Research-status Report
    • Invited
  • [Presentation] A data-scientific approach toward understanding of the goldfish genome and morphological diversity2020

    • Author(s)
      今鉄男、大森義裕
    • Organizer
      International Symposium: Global Collaboration on Data beyond Disciplines
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    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Goldfish genome resequencing and the phenotypic variations of domesticated strains2019

    • Author(s)
      Yoshihiro Omori, Tetsuo Kon, Kentaro Fukuta, Hironori Wada, Masakatsu Watanabe, Zelin Chen, Koichi Kawakami, Takahisa Furukawa, Atsushi Toyoda, Shawn Burgess, Hideki Noguchi
    • Organizer
      The 14th International Zebrafish Conference
    • Related Report
      2019 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] キンギョの全ゲノム配列決定と品種に見られる多様な表現型を規定する遺伝子の探索2019

    • Author(s)
      YOSHIHIRO OMORI, Tetsuo Kon, Kentaro Fukuta, Zelin Chen, Hironori Wada, Masakatsu Watanabe, Hideki Noguchi, Asao Fujiyama, Atsushi Toyoda, Koichi Kawakami, Shawn Burgess, Takahisa Furukawa
    • Organizer
      第42回 日本分子生物学会年会
    • Related Report
      2019 Research-status Report
    • Invited
  • [Presentation] キンギョ品種の形態形成を制御するメカニズムの解析2019

    • Author(s)
      YOSHIHIRO OMORI, Tetsuo Kon, Kentaro Fukuta, Hironori Wada, Masakatsu Watanabe, Zelin Chen, Koichi Kawakami, Takahisa Furukawa, Hideki Noguchi, Shawn Burgess, Atsushi Toyoda
    • Organizer
      第52回 日本発生生物学会大会
    • Related Report
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  • [Remarks] 長浜バイオ大学大学院 ゲノム機能科学研究室(大森研)のホームページ

    • URL

      https://yoshihiroomori.web.fc2.com/

    • Related Report
      2020 Research-status Report
  • [Remarks] 長浜バイオ大学大学院 大森研究室ホームページ

    • URL

      https://yoshihiroomori.web.fc2.com/

    • Related Report
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Published: 2019-07-04   Modified: 2021-12-27  

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