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

• Project/Area Number: 19K22426
• Research Category: Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Medium-sized Section 44:Biology at cellular to organismal levels, and related fields
• Research Institution: Nagahama 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 2019)
• Budget Amount: ¥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

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る。令和元年度は、キンギョ全ゲノム解読を完了し、論文発表を行った。キンギョ品種のゲノム解析については、様々な表現型をもつキンギョ品種の全ゲノム再シーケンス解析を行った。得られたデータを用いて、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。これらの領域から原因遺伝子と予想される候補遺伝子を見出し変異を検出している。また、キンギョゲノム中に存在するトランスポゾンの解析によりキンギョのゲノムに、1400万年前に起きた全ゲノム重複後に非対称サブゲノム進化が起こっていることを見出した。一方、キンギョ品種の雑種交配による表現型と関連する遺伝子の同定に関しては、令和元年度は、予定の掛け合わせを継続し、これまでに得られたF1同士を掛け合わせF2世代を得ることに成功した。現在、これらのF2個体の表現型の解析を進めている。研究代表者は、昨年4月に長浜バイオ大学に着任し、研究室のセットアップを行った。ゼブラフィッシュの飼育施設のセットアップや、キンギョの飼育施設の設置を完了し、これらの実験系が問題なく運用できる体制が確立しつつある。令和2年度は、キンギョゲノムとコイゲノムとの比較をすすめ、非対称サブゲノム進化についてより詳細な解析を行う。また、これに付随した情報をまとめて、次の論文の準備をすすめる。雑種交配に関しては、F2の表現型データを蓄積するとともに、F2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などの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同定を行う。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と表現型の因果関係を、ゲノム編集やトランスジェニックの手法を用いて解析を行う。

Current Status of Research Progress

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

Reason

キンギョ品種のゲノム解析については、様々な表現型をもつキンギョ品種の全ゲノム再シーケンス解析を行った。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遺伝子座を同定した、これらのほとんどで原因遺伝子と予想される変異を見出している。また、トランスポゾンの解析によりキンギョのゲノムに、非対称サブゲノム進化が起こっていることを見出した。非対称サブゲノム進化がキンギョの多様化の一因となっている可能性が考えらえられる。系統的に近いコイのゲノムとの比較をすすめ、非対称サブゲノム進化の詳細を解析している。これらの結果をまとめて論文として発表する。一方、キンギョ品種の雑種交配による表現型と関連する遺伝子の同定に関しては、予定の掛け合わせを継続し、これまでに得られたF1同士を掛け合わせF2世代を得ることに成功した。これらのF2個体の表現型の解析を進めている。昨年4月に長浜バイオ大学に着任し、研究室のセットアップを行った。ゼブラフィッシュの飼育施設のセットアップや、キンギョの飼育施設の設置を完了し、これらの実験系が問題なく運用できる体制が確立しつつある。

Strategy for Future Research Activity

本年度は、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、論文として発表する。キンギョゲノムとコイゲノムとの比較をすすめ、非対称サブゲノム進化についてより詳細な解析を行う。また、これに付随した情報をまとめて、次の論文の準備をすすめる。雑種交配に関しては、F2の表現型データを蓄積するとともに、F2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などの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同定を行う。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と表現型の因果関係を、ゲノム編集やトランスジェニックの手法を用いて解析を行う。

Research Products

• [Int'l Joint Research] NIH(米国)
• [Journal Article] De novo assembly of the goldfish (Carassius auratus) genome and the evolution of genes after whole-genome duplication (2019)
  • 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
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Presentation] Goldfish genome resequencing and the phenotypic variations of domesticated strains (2019)
  • 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
  • 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
  • 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
• [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/