性染色体の起源と性スペクトラム関連遺伝子

• 研究領域: 性スペクトラム - 連続する表現型としての雌雄
• 研究課題/領域番号: 17H06425
• 研究種目: 新学術領域研究(研究領域提案型)
• 配分区分: 補助金
• 審査区分: 生物系
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 菊池 潔 東京大学, 大学院農学生命科学研究科(農学部), 教授 (20292790)
• 研究分担者: 小山 喬 長崎大学, 水産・環境科学総合研究科(水産), 准教授 (40749701)
• 研究期間 (年度): 2017-06-30 – 2022-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2021年度)
• 配分額: 105,300千円 (直接経費: 81,000千円、間接経費: 24,300千円); 2021年度: 21,970千円 (直接経費: 16,900千円、間接経費: 5,070千円); 2020年度: 21,970千円 (直接経費: 16,900千円、間接経費: 5,070千円); 2019年度: 21,970千円 (直接経費: 16,900千円、間接経費: 5,070千円); 2018年度: 21,970千円 (直接経費: 16,900千円、間接経費: 5,070千円); 2017年度: 17,420千円 (直接経費: 13,400千円、間接経費: 4,020千円)
• キーワード: 性決定遺伝子 / 性染色体 / 組換え抑制 / 魚類 / 性特異的優性効果 / 性決定 / 性スペクトラム / 組換え / トランスポゾン / 性特異的な優性効果 / 性スペクトラム / 組み換え / 性拮抗

研究成果の概要

多くの生物種の性染色体は、組換え抑制が原因で異形化している。しかし、組換え抑制発達の初期過程は不明であった。本研究は、異形化前後の染色体をもつと予想される魚類群を材料として、性染色体進化の初期過程を解析した。その結果、ブリ類が組換え抑制前後の性染色体をもつという確証を得た。これまで、性染色体逆位が組換え抑制の主要因とされてきたが、ブリ類には逆位が認められず、新規の組換え抑制機構の存在が示唆された。さらに、組換え抑制を招いた変異の候補も同定できた。フグ類においては、複数の遺伝子を含む性決定領域がゲノム中を動き回るという現象を発見し、その原因が組換え抑制にあるという仮説を提唱した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

多くの生物種の性染色体は、組換え抑制が原因で異形化している。しかし、組換え抑制発達の初期過程は不明であった。本研究は、異形化前後の染色体をもつ魚類近縁種群を対象として、性染色体進化の初期プロセスの一端を明らかとした。ブリ類の研究からは、これまでの説とは異なるメカニズムで組換え抑制が開始される可能性がしめされた。フグ類の研究からは、性決定領域がゲノム中を動き回るという現象が明らかとなった。本研究によりもたらされた知見が生物界に普遍的なものであるかどうかは、今後の研究によって明らかになると思われる。

研究成果

• [雑誌論文] Repeated translocation of a supergene underlying rapid sex chromosome turnover in Takifugu pufferfish (2022)
  • 著者名/発表者名: Kabir A, Ieda R, Hosoya S, Fujikawa D, Atsumi K, Tajima S, Nozawa A, Koyama T, Hirase S, Nakamura N, Kadota M, Nishimura O, Kuraku S, Nakamura Y, Kobayashi H, Toyoda A, Tasumi S, Kikuchi K
  • 雑誌名: PNAS 巻: in press
  • 査読あり
• [雑誌論文] Single-cell RNA-seq analysis reveals penaeid shrimp hemocyte subpopulations and cell differentiation process (2021)
  • 著者名/発表者名: Koiwai Keiichiro、Koyama Takashi、Tsuda Soichiro、Toyoda Atsushi、Kikuchi Kiyoshi、Suzuki Hiroaki、Kawano Ryuji
  • 雑誌名: eLife 巻: 10
  • DOI: 10.7554/elife.66954
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Genomic Evidence for Speciation with Gene Flow in Broadcast Spawning Marine Invertebrates (2021)
  • 著者名/発表者名: Hirase Shotaro、Yamasaki Yo Y、Sekino Masashi、Nishisako Masato、Ikeda Minoru、Hara Motoyuki、Meril? Juha、Kikuchi Kiyoshi
  • 雑誌名: Molecular Biology and Evolution 巻: 38 号: 11 ページ: 4683-4699
  • DOI: 10.1093/molbev/msab194
  • 査読あり
• [雑誌論文] Ⅰ-2. フグ類の性決定遺伝子たち (2019)
  • 著者名/発表者名: KIKUCHI KIYOSHI、IEDA RISA、FUJIKAWA DAIGAKU、AHAMMAD KABIR、KOYAMA TAKASHI、HOSOYA SHO
  • 雑誌名: 日本水産学会誌 巻: 85 号: 2 ページ: 187-187
  • DOI: 10.2331/suisan.WA2603-3
  • NAID: 130007622996
  • ISSN: 0021-5392, 1349-998X
  • 年月日: 2019-03-15
  • オープンアクセス
• [雑誌論文] Ⅰ-3. ブリ属魚類の性決定機構 (2019)
  • 著者名/発表者名: KOYAMA TAKASHI、NAKAMOTO MASATOSHI、MORISHIMA KAGAYAKI、YAMASHITA TAKEFUMI、MIZUNO NAOKI、KIKUCHI KIYOSHI、SAKAMOTO TAKASHI
  • 雑誌名: 日本水産学会誌 巻: 85 号: 2 ページ: 188-188
  • DOI: 10.2331/suisan.WA2603-4
  • NAID: 130007622995
  • ISSN: 0021-5392, 1349-998X
  • 年月日: 2019-03-15
  • オープンアクセス
• [雑誌論文] はじめに (2019)
  • 著者名/発表者名: 菊池潔, 井尻成保, 北野健
  • 雑誌名: 日本水産学会誌 巻: 85 号: 2 ページ: 185-185
  • DOI: 10.2331/suisan.WA2603-1
  • NAID: 130007622992
  • ISSN: 0021-5392, 1349-998X
  • 年月日: 2019-03-15
  • オープンアクセス
• [雑誌論文] A SNP in a Steroidogenic Enzyme Is Associated with Phenotypic Sex in Seriola Fishes (2019)
  • 著者名/発表者名: T. Koyama, M. Nakamoto#, K. Morishima#, R. Yamashita#, T. Yamashita#, K. Sasaki, Y. Kuruma, N. Mizuno, M. Suzuki, K. Okada, R. Ieda, T. Uchino, S. Tasumi, S. Hosoya, S. Uno, J. Koyama, A. Toyoda, K. Kikuchi, T. Sakamoto
  • 雑誌名: Current Biology 巻: 29 号: 11 ページ: 1901-1909
  • DOI: 10.1016/j.cub.2019.04.069
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Random PCR-based genotyping by sequencing technology GRAS-Di reveals genetic structure of mangrove fishes (2019)
  • 著者名/発表者名: Sho Hosoya, Shotaro Hirase, Kiyoshi Kikuchi, Kusuto Nanjo, Yohei Nakamura, Hiroyoshi Kohno, Mitsuhiko Sano
  • 雑誌名: Molecular Ecology Resources 巻: 19 号: 5 ページ: 1153-1163
  • DOI: 10.1111/1755-0998.13025
  • 査読あり
• [雑誌論文] A highly flexible and repeatable genotyping method for aquaculture studies based on target amplicon sequencing using next-generation sequencing technology (2019)
  • 著者名/発表者名: Sato Mana、Hosoya Sho、Yoshikawa Sota、Ohki Shun、Kobayashi Yuki、Itou Takuya、Kikuchi Kiyoshi
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 9 号: 1 ページ: 6904-6904
  • DOI: 10.1038/s41598-019-43336-x
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] A highly flexible and repeatable genotyping method for aquaculture studies based on target amplicon sequencing using next-generation sequencing technology (2019)
  • 著者名/発表者名: Sato M, Hosoya S, Yoshikawa S, Ohki S, Kobayashi Y, Itou T, Kikuchi K
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 印刷中
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Identification of the sex-determining locus in grass puffer (Takifugu niphobles) provides evidence for sex-chromosome turnover in a subset of Takifugu species (2018)
  • 著者名/発表者名: Risa Ieda, Sho Hosoya, Shota Tajima, Kazufumi Atsumi, Takashi Kamiya, Aoi Nozawa, Yuma Aoki, Satoshi Tasumi, Takashi Koyama, Osamu Nakamura, Yuzuru Suzuki, Kiyoshi Kikuchi
  • 雑誌名: PLOSONE 巻: 13 号: 1 ページ: e0190635-e0190635
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0190635
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] Revisiting the steroid theory of sex inducer (2021)
  • 著者名/発表者名: Kikuchi K
  • 学会等名: Norway-Japan Symposium on Fish Endocrinology and Genomics
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 次世代シーケンシングを利用した魚類性染色体の特定法 (2021)
  • 著者名/発表者名: 菊池潔
  • 学会等名: 第45回日本比較内分泌学会大会. シンポジウム「比較内分泌研究の未来を拓く新技術」
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Evolution of sex-determining supergene and its repeated translocation underlay rapid sex chromosome turnover in Takifugu fish (2021)
  • 著者名/発表者名: Ahammad K, Kikuchi K (他16名)
  • 学会等名: The International Symposium on the Biology of Vertebrate Sex Determination
  • 国際学会
• [学会発表] Genomic identification and characterization of sex-determining locus of Takifugu niphobles by a chromosome scale genome (2021)
  • 著者名/発表者名: Kabir Ahammad, 菊池潔（他8名）
  • 学会等名: 令和3年度日本水産学会春季大会
• [学会発表] 単細胞レベルでのクルマエビ血球細胞の機能および分化経路推定. (2021)
  • 著者名/発表者名: 小祝敬一郎, 菊池潔 （他5名）
  • 学会等名: 令和3年度日本水産学会春季大会
• [学会発表] Genomic identification and characterization of sex-determining locus of Takifugu niphobles by a chromosome scale genome. (2020)
  • 著者名/発表者名: Kabir Ahammad, Risa Ieda, Daigaku Fujikawa, Shotaro Hirase, Takashi Koyama, Atsushi Toyota, Shigehiro Kuraku, Sho Hosoya,Kiyoshi Kikuchi.
  • 学会等名: 令和3年度日本水産学会春季大会（オンライン）
• [学会発表] 単細胞レベルでのクルマエビ血球細胞の機能および分化経路推定 (2020)
  • 著者名/発表者名: 小祝敬一郎・小山喬・津田宗一郎・豊田敦・菊池潔・鈴木宏明・川野竜司
  • 学会等名: 令和3年度日本水産学会春季大会（オンライン）
• [学会発表] 超多検体トランスクリプトーム解析を志向したライブラリ作製法の立ち上げ (2020)
  • 著者名/発表者名: 小山喬・菊池潔・豊田敦
  • 学会等名: 平成32年度日本水産学会春季大会
• [学会発表] マイクロ流路チップを用いた水産生物の細胞解析 (2020)
  • 著者名/発表者名: 小祝敬一郎・村上友樹・鈴木宏明・小山喬・菊池潔・ 豊田敦・津田宗一郎
  • 学会等名: 平成32年度日本水産学会春季大会
• [学会発表] Genomic identification and characterization of sex-determining locus of Takifugu niphobles by a chromosome scale genome assembly (2020)
  • 著者名/発表者名: Kabir Ahammad, Risa Ieda, Daigaku Fujikawa, Shotaro Hirase, Takashi Koyama, Atsushi Toyota, Shigehiro Kuraku, Sho Hosoya, Kiyoshi Kikuchi
  • 学会等名: 平成32年度日本水産学会春季大会
• [学会発表] ブリ属3種の比較ゲノム解析 (2020)
  • 著者名/発表者名: 車遥介・小山喬・菊池潔・森島輝・小林久人・志波優
  • 学会等名: 平成32年度日本水産学会春季大会
• [学会発表] NGSによる性染色体同定法とステロイド依存型の性決定機構について (2019)
  • 著者名/発表者名: 菊池潔
  • 学会等名: DMYの会
• [学会発表] ブリ類の初期性分化メカニズム解明を目指したscRNA-seqの活用 (2019)
  • 著者名/発表者名: 小山喬・小祝敬一郎・津田宗一郎・菊池潔
  • 学会等名: シングルセル研究会
• [学会発表] Revisiting steroids as natural inducers of sex determination: A SNP in a steroidogenic enzyme is associated with phenotypic sex in Seriola fishes (2019)
  • 著者名/発表者名: Kiyoshi Kikuchi
  • 学会等名: Asian Sex Differentiation Network (8th Gonad Biology Joint Meeting, 2019)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Revisiting steroids as natural inducers of sex determination and the origin of sex chromosomes: fishy tales. (2019)
  • 著者名/発表者名: Kiyoshi K, Takashi K
  • 学会等名: LSBM Symposium 2019
  • 招待講演
• [学会発表] ブリ属の性決定領域ゲノム配列比較 (2019)
  • 著者名/発表者名: 小山喬, 車遥介, 菊池潔, 森島輝, 豊田敦
  • 学会等名: 平成31年度日本水産学会春季大会
• [学会発表] 半数体ブリゲノムを用いた性拮抗遺伝子の探索 (2019)
  • 著者名/発表者名: 車遥介, 小山喬, 菊池潔, 森島輝, 小林久人
  • 学会等名: 平成31年度日本水産学会春季大会
• [学会発表] ブリ属ステロイド代謝関連遺伝子の発現解析 (2019)
  • 著者名/発表者名: 車遥介, 小山喬, 菊池潔, 中本正俊, 坂本崇
  • 学会等名: 平成31年度日本水産学会春季大会
• [学会発表] Single-Molecule sequencing has resolved the complex genomic region of the sex-determining locus in Kusafugu Takifugu niphobles (2019)
  • 著者名/発表者名: Kabir Ahammad, Risa Ieda, Daigaku Fujikawa, Mana Sato, Shotaro Hirase, Takashi Koyama, Atsushi Toyota, Sho Hosoya, Kiyoshi Kikuchi
  • 学会等名: 平成31年度日本水産学会春季大会
• [学会発表] カンパチ性分化関連遺伝子の網羅的探索 (2019)
  • 著者名/発表者名: 小山喬, 菊池潔
  • 学会等名: 平成31年度日本水産学会春季大会
• [学会発表] クサフグで生じた性的拮抗の解消 (2019)
  • 著者名/発表者名: 藤川大学, 家田梨櫻, Kabir Ahammad, 小山喬, 細谷将, 菊池潔
  • 学会等名: 平成31年度日本水産学会春季大会
• [学会発表] 半数体ゲノムのマルチプレックスシーケンシング－ FSTを指標とした性拮抗遺伝子の探索 － (2019)
  • 著者名/発表者名: 小山喬, 車遥介, 菊池潔, 小林久人
  • 学会等名: 東京農業大学生物資源ゲノム解析拠点シンポジウム
• [学会発表] The genetic and steroidogenic sex determination in Seriola fishes (2018)
  • 著者名/発表者名: Koyama T, Nakamoto M, Morishima K, Yamashita R, Yamashita T, Sasaki K, Kuruma Y, Mizuno N, Suzuki M, Okada K, Ieda R, Uchino T, Tasumi S, Hosoya S, Uno S, Koyama J, Toyoda A, Kikuchi K, Sakamoto T
  • 学会等名: セッション「 脊椎動物の性決定、性分化の分子機構」日本分子生物学会
  • 招待講演
• [学会発表] 魚類における性染色体のターンオーバー (2018)
  • 著者名/発表者名: Kabir Ahammad, 藤川大学, 家田梨櫻, 小林久人, 豊田敦, 細谷将, 菊池潔
  • 学会等名: 京農業大学生物資源ゲノム解析拠点シンポジウム
• [学会発表] フグ類の性決定遺伝子たち (2018)
  • 著者名/発表者名: 菊池潔，家田梨櫻，藤川大学，Kabir Ahammad，小山喬，細谷将
  • 学会等名: 平成30年度日本水産学会秋季大会シンポジウム
• [学会発表] ブリ属魚類の性決定機構 (2018)
  • 著者名/発表者名: 小山喬, 中本正俊, 森島輝, 山下雄史, 水野直樹,菊池潔, 坂本崇
  • 学会等名: 平成30年度日本水産学会秋季大会シンポジウム
• [学会発表] Turnover of sex chromosomes in Takifugu fishes (2018)
  • 著者名/発表者名: Ieda R, Tajima S, Atsumi K, Fujikawa D, Sato M, Ahammad K, Nozawa A, Koyama T, Toyoda A, Kobayashi H, Tasumi S, Hosoya S, Kikuchi K
  • 学会等名: International Symposium on Genetics in Aquaculture
  • 国際学会
• [学会発表] Trans-species SNP in a steroidogenic gene is associated with sex determination in Seriola species (2018)
  • 著者名/発表者名: Koyama T, Nakamoto M, Morishima K, Yamashita R, Yamashita T, Sasaki K, Suzuki M, Kuruma Y, Ieda R, Uchino T, Tasumi S, Hosoya S, Uno S, Koyama J, Toyoda A, Kikuchi K, Sakamoto T
  • 学会等名: International Symposium on Genetics in Aquaculture
  • 国際学会
• [学会発表] Revisiting the steroid theory of sex inducer; Trans-species SNP in a steroidogenic enzyme, Hsd17b1, is associated with sex in Seriola species (2018)
  • 著者名/発表者名: Koyama T, Nakamoto M, Morishima K, Yamashita R, Yamashita T, Sasaki K, Mizuno N, Suzuki M, Ieda R, Uchino T, Tasumi S, Hosoya S, Uno S, Koyama J, Toyoda A, Sakamoto T, Kikuchi K
  • 学会等名: Eight International symposium on vertebrate sex determination
  • 国際学会
• [学会発表] Turnover of sex chromosomes in Takifugu pufferfishes (2018)
  • 著者名/発表者名: Ieda R, Tajima S, Atsumi K, Fujikawa D, Sato M, Kuruma Y, Ohki S, Nozawa A, Koyama T, Tasumi S, Hosoya S, Kikuchi K
  • 学会等名: Eight International symposium on vertebrate sex determination
  • 国際学会
• [学会発表] 水産科学におけるゲノム情報の活用を考える (2018)
  • 著者名/発表者名: 菊池潔
  • 学会等名: 第34回マリントキシン研究会
  • 招待講演
• [学会発表] ブリ属の性決定遺伝子はステロイド代謝酵素である (2018)
  • 著者名/発表者名: 小山喬・森島輝・山下量平・豊田敦・内野翼・坂本崇・鈴木萌・細谷将・菊池潔
  • 学会等名: 平成30年度日本水産学会春季大会
• [学会発表] ブリ属性決定遺伝子の機能解析 (2018)
  • 著者名/発表者名: 小山喬・山下雄史・佐々木皓平・宇野誠一・小山次朗・田角聡志・菊池潔
  • 学会等名: 平成30年度日本水産学会春季大会
• [学会発表] ブリ属性決定遺伝子の発現解析 (2018)
  • 著者名/発表者名: 中本正俊・小山喬・水野直樹・菊池潔・坂本崇
  • 学会等名: 平成30年度日本水産学会春季大会
• [学会発表] クサフグ性決定遺伝子の探索 - 少数個体を用いたGWASの発見的利用- (2018)
  • 著者名/発表者名: 家田梨櫻・小山喬・細谷将・大木駿・水野直樹・藤田真志・菊池潔
  • 学会等名: 平成30年度日本水産学会春季大会
• [学会発表] GRAS-Di 法で明らかとなった「ゲノム再編成による新規性決定遺伝子座の誕生」 (2018)
  • 著者名/発表者名: 藤川大学・細谷将・小林純也・田島祥太・家田梨櫻・佐藤茉菜・城夕香・中村修・菊池潔
  • 学会等名: 平成30年度日本水産学会春季大会
• [学会発表] ショウサイフグ性決定遺伝子の探索 -Pool-seq による表現型原因遺伝子の特定- (2018)
  • 著者名/発表者名: 家田梨櫻・細谷将・小山喬・城夕香・菊池潔
  • 学会等名: 平成30年度日本水産学会春季大会
• [学会発表] ゼブラフィッシュを用いたブリ属性決定遺伝子の機能解析 (2018)
  • 著者名/発表者名: 車遥介・小山喬・岡田恵治・家田梨櫻・ 朝比奈潔・菊池潔
  • 学会等名: 平成30年度日本水産学会春季大会
• [学会発表] 性決定遺伝子をNGSで簡単に決められないだろうか？ (2017)
  • 著者名/発表者名: 菊池潔
  • 学会等名: DMY研究会
• [学会発表] The reuse of the same sex chromosome in pufferfishes (2017)
  • 著者名/発表者名: Kiyoshi Kikuchi
  • 学会等名: Asian Sex Differentiation Network (7th Gonad Biology Joint Meeting, 2017)
  • 国際学会
• [学会発表] ターゲットエンリッチメント法と長鎖シーケンサーによる領域特異的塩基配列決定の試み (2017)
  • 著者名/発表者名: 小山喬・森島輝・鈴木穣・内野翼・坂本崇・菊池潔
  • 学会等名: 次世代シーケンサー現場の会
• [図書] Revisiting the role of steroid hormones in gonadal fate determination. in "Spectrum of Sex - The Molecular Bases that Induce Various Sexual Phenotypes". edited by Tanaka M and Tachibana M (in press) (2022)
  • 著者名/発表者名: Kikuchi K, Koyama T
  • 出版者: Springer Nature,
• [図書] 「第2章 NGS技術を利用した魚類性染色体の同定法」 in 「魚類の性決定・性分化・性転換」 菊池潔・井尻成保,・北野健 編集 (2021)
  • 著者名/発表者名: 菊池潔, 家田梨櫻, 藤川大学, Kabir Ahammad, 小山喬, 細谷将
  • 総ページ数: 28
  • 出版者: 恒星社厚生閣
  • ISBN: 9784769916635
• [図書] 「3章 性ステロイドホルモンによる性決定－ブリ類をモデルとして」 in 「魚類の性決定・性分化・性転換」 菊池潔・井尻成保・北野健 編集 (2021)
  • 著者名/発表者名: 小山喬, 中本正俊, 森島輝, 山下雄史, 坂本崇, 菊池潔
  • 総ページ数: 13
  • 出版者: 恒星社厚生閣
  • ISBN: 9784769916635
• [図書] 「遺伝子から解き明かす「性」の不思議な世界」第11章 (2019)
  • 著者名/発表者名: 菊池潔, 田中実
  • 総ページ数: 41
  • 出版者: 一色出版会
  • ISBN: 9784909383068
• [備考] ブリ類の性決定遺伝子を発見
  • URL: https://www.a.u-tokyo.ac.jp/topics/topics_20190605-1.html
• [備考] ブリ類の性決定遺伝子を発見 – たった一塩基の差が性を決定する
  • URL: https://academist-cf.com/journal/?p=11425
• [備考] ブリの性決定遺伝子を発見！ついにステロイド説の確証が・・
  • URL: http://www.se.a.u-tokyo.ac.jp/research.html
• [備考] 東京大学大学院農学生命科学研究科 附属水産実験所
  • URL: http://www.se.a.u-tokyo.ac.jp/japanese.html
• [備考] 性スペクトラム
  • URL: http://park.itc.u-tokyo.ac.jp/sexspectrum/index.html
• [産業財産権] ブリ類の性別識別方法 (2018)
  • 発明者名: 坂本崇、中本正俊、菊池潔、小山喬
  • 権利者名: 坂本崇、中本正俊、菊池潔、小山喬
  • 産業財産権種類: 特許
  • 出願年月日: 2018
  • 外国