| Project/Area Number |
22K18370
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Challenging Research (Pioneering)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Medium-sized Section 45:Biology at organismal to population levels and anthropology, and related fields
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| Research Institution | University of the Ryukyus |
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Principal Investigator |
山平 寿智 琉球大学, 熱帯生物圏研究センター, 教授 (20322589)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
北野 潤 国立遺伝学研究所, ゲノム・進化研究系, 教授 (80346105)
楠見 健介 九州大学, 理学研究院, 講師 (00304725)
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| Project Period (FY) |
2022-06-30 – 2026-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2024)
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| Budget Amount *help |
¥25,870,000 (Direct Cost: ¥19,900,000、Indirect Cost: ¥5,970,000)
Fiscal Year 2024: ¥5,590,000 (Direct Cost: ¥4,300,000、Indirect Cost: ¥1,290,000)
Fiscal Year 2023: ¥9,750,000 (Direct Cost: ¥7,500,000、Indirect Cost: ¥2,250,000)
Fiscal Year 2022: ¥10,530,000 (Direct Cost: ¥8,100,000、Indirect Cost: ¥2,430,000)
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| Keywords | ミトコンドリア / ヘテロプラズミー / メダカ / 共生 / 種間交雑 |
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| Outline of Research at the Start |
申請者らは近年，古代の種間交雑に起源するヘテロプラズミーを，スラウェシ島の古代湖に生息するメダカで発見した．予備解析の結果，異種由来のミトコンドリアは新たな宿主の中で独自に進化しており，コーディング遺伝子の読み枠は正常で，かつ塩基置換の多くが非同義であることがわかった．本研究では，この異種由来のミトコンドリアがどのように宿主による排除機構の網をかいくぐり，独自の機能を獲得して新たな共生関係を築き上げてきたかを解明する．
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| Outline of Annual Research Achievements |
種間交雑による雑種胚では精子由来のミトコンドリアが分解されず，2つのミトゲノムが共存するヘテロプラズミーという状態になることがある．ヘテロプラ ズミーは通常集団中から速やかに除去されるが，申請者らは近年，古代の種間交雑に起源するヘテロプラズミーを，スラウェシ島の古代湖に生息するメダカ（マタネンシスメダカ）で発見した．本研究の目的は，この異種由来のミトコンドリアがどのように宿主による排除機構の網をかいくぐり，独自の機能を獲得して新たな共生関係を築き上げてきたかを解明することにある．
本年度は，マタノ湖からメダカをランダムに採集し，昨年度新たに設計したプライマーを用いて現地でPCRと電気泳動を行い，ヘテロプラズミー個体とホモプラズミー個体とを活かした状態で判別した．判別されたヘテロプラズミー個体とホモプラズミー個体を日本に持ち帰る準備を進めたが，現地での手続き上のトラブルにより輸送がかなわなかった．そこで，再度マタノ湖に出向いて採集と生体の輸送を行い，ヘテロプラズミー個体を18個体（オス8メス10）持ち帰ることに成功した．これらの個体を用いて，ヘテロプラズミーの遺伝様式や，ヘテロプラズミー個体とホモプラズミー個体との呼吸活性の比較実験を行う予定である．また，RNA-seqを用いて，ヘテロプラズミー個体の2つのミトコンドリアゲノムが，どちらも発現していることを確認する．
加えて，ヘテロプラズミーの起源が，近隣の湖に生息するマーモラタスメダカ（マーモラタス）との古代の交雑にあることを検証すべく，コアレセント理論に基づいて集団動態履歴の推定を進めつつある．本年度は，マタネンシスやマーモラタスほかマリリ湖群のメダカ集団の全ゲノムデータを取得し，サイト頻度スペクトラムのデータをまとめた．
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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
飼育実験に必要な生体の採集と輸送に成功したことから，「おおむね順調に進展している」と判断した.
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| Strategy for Future Research Activity |
現地から採集して持ち帰ったヘテロプラズミー個体とホモプラズミー個体を用いて，いくつかの飼育実験を行う．まず，ヘテロプラズミーの遺伝様式を調べる．ヘテロプラズミー個体同士のペアから多数のF1個体を採取し，全てのF1がヘテロプラズミーかどうかの確認を行う．また，ヘテロプラズミー個体とホモプラズミー個体とで，生化学的手法で呼吸活性の比較を行い，異質なミトコンドリアを有するヘテロプラズミー個体における，潜在的な適応度上のデメリットの有無を確認する．また，実験室でヘテロプラズミー系統とホモプラズミー系統を確立し，今後の様々な実験に用いる個体を確保する．RNA-seqによる2つのミトコンドリアゲノムの発現確認の他，ヘテロプラズミー個体とホモプラズミー個体の交配による，精子ミトコンドリアの残存の可能性などを検証する予定である．
また，全ゲノムデータを用いた集団動態履歴の推定作業も継続する．様々な交雑モデルを構築し，本年度得られたサイト頻度スペクトラムを用いて，どのモデルが最適かをシミュレーションで最尤比較する．
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