動物群に特徴的な保存形態を生み出す発生メカニズムとそれを制御する保存ゲノム配列

• 研究課題/領域番号: 15H04374
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 発生生物学
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 田村 宏治 東北大学, 生命科学研究科, 教授 (70261550)
• 研究協力者: 関 亮平 ; 入江 直樹 ; Zhang Guojie
• 研究期間 (年度): 2015-04-01 – 2018-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2018年度)
• 配分額: 16,250千円 (直接経費: 12,500千円、間接経費: 3,750千円); 2017年度: 4,680千円 (直接経費: 3,600千円、間接経費: 1,080千円); 2016年度: 4,680千円 (直接経費: 3,600千円、間接経費: 1,080千円); 2015年度: 6,890千円 (直接経費: 5,300千円、間接経費: 1,590千円)
• キーワード: 進化発生 / ゲノム進化 / 鳥類 / 発生進化

研究成果の概要

多くの鳥は一目見て鳥と分かる鳥に特徴的な形態（保存形態）を共通してもっている。本研究は、その中でも、翼のなかの「3本指」「風切羽」、骨盤の骨である「寛骨（鳥が2本足で立つために独自の形態をもつ）」の形態について、保存形態の形成メカニズムを「発生」と「ゲノム」という観点から明らかにする試みである。本研究では、鳥類のゲノムがもつ遺伝子の塩基配列を網羅的に比較し、鳥類のみで保存された配列の中に、「風切羽」の発生に関わると考えられるSim1遺伝子の発現を調節する領域が含まれることを明らかにした。また、「3本指」「寛骨」についてもそれぞれ保存形態が形成される発生メカニズムを明らかにした。

研究成果の学術的意義や社会的意義

本研究は、1万種近く存在する現存鳥類全体を対象とした「保存性」に着目していることが特色である。本研究は、鳥類ゲノムにおいて鳥類のみで保存された塩基配列のほとんどが遺伝子そのものをコードした領域以外にあること、それらの配列によってSim1などの遺伝子が鳥類独自の発現様式を獲得したことが、鳥類の保存形態の形成に繋がっているであろうことを示した。これらの成果は、動物進化を駆動するゲノム変化について大きなインパクトを与える成果となった。また、これらの鳥類の保存形態の多くが鳥類の祖先である恐竜にも存在することから、恐竜の進化を発生学的に考察する新しい進化学、恐竜学の基礎を作った研究成果であるともいえる。

研究成果

• [雑誌論文] Flight feather development: its early specialization during embryogenesis (2018)
  • 著者名/発表者名: Kondo Mao、Sekine Tomoe、Miyakoshi Taku、Kitajima Keiichi、Egawa Shiro、Seki Ryohei、Abe Gembu、Tamura Koji
  • 雑誌名: Zoological Letters 巻: 4 号: 1
  • DOI: 10.1186/s40851-017-0085-4
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Morphogenetic mechanism of the acquisition of the dinosaur-type acetabulum (2018)
  • 著者名/発表者名: Egawa Shiro、Saito Daisuke、Abe Gembu、Tamura Koji
  • 雑誌名: Royal Society Open Science 巻: 5 号: 10 ページ: 180604-180604
  • DOI: 10.1098/rsos.180604
  • 査読あり
• [雑誌論文] Functional roles of Aves class-specific cis-regulatory elements on macroevolution of bird-specific features (2017)
  • 著者名/発表者名: Seki, R., Li, C., Fang, Q., Hayashi, S., Egawa, S., Hu, J., Xu, L., Pan, H., Kondo, M., Sato, T., Matsubara, H., Kamiyama, N., Kitajima, K., Saito, D., Liu, Y., Gilbert, M.T.P., Zhou, Q., Xu, X., Shiroishi, T., Irie, N., Tamura, K., and Zhang, G.
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 8 号: 1 ページ: 14229-14229
  • DOI: 10.1038/ncomms14229
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Early segregation of the adrenal cortex and gonad in chicken embryos (2017)
  • 著者名/発表者名: Saito Daisuke、Tamura Koji、Takahashi Yoshiko
  • 雑誌名: Dev. Growth Differ. 巻: 59 号: 7 ページ: 593-602
  • DOI: 10.1111/dgd.12389
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] AP-2β is a transcriptional regulator for determination of digit length in tetrapods. (2015)
  • 著者名/発表者名: Seki R, Kitajima K, Matsubara H, Suzuki T, Saito D, Yokoyama H, Tamura K.
  • 雑誌名: Dev Biol. 巻: 407 号: 1 ページ: 75-89
  • DOI: 10.1016/j.ydbio.2015.08.006
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [学会発表] Quantitative analysis of chondrogenic pattern in cultured limb mesenchymal cells (2017)
  • 著者名/発表者名: 北嶋慶一、川平直史、阿部玄武、森下喜弘、田村宏治
  • 学会等名: the 50th annual meeting of the Japanese Society of Developmental Biologists (JSDB), cosponsored by APDBN
  • 国際学会
• [学会発表] The evolution of acetabular morphogenesis on the line to extant birds (2017)
  • 著者名/発表者名: 江川史朗、阿部玄武、齋藤大介、田村宏治
  • 学会等名: the 50th annual meeting of the Japanese Society of Developmental Biologists (JSDB), cosponsored by APDBN
  • 国際学会
• [学会発表] 恐竜はいかにして恐竜型の股関節を獲得したのか (2017)
  • 著者名/発表者名: 江川史朗、阿部玄武、齋藤大介、田村宏治
  • 学会等名: 第７回 Tokyo Vertebrate Morphology Meeting
• [学会発表] 恐竜型股関節の獲得過程の復元：実験発生学的観点から (2017)
  • 著者名/発表者名: 江川史朗、阿部玄武、齋藤大介、田村宏治
  • 学会等名: 日本進化学会大9回大会
• [学会発表] 鳥エンハンサー獲得までの道のり－大規模ゲノム情報を動物学にどう使っていくか (2017)
  • 著者名/発表者名: 田村宏治
  • 学会等名: 日本動物学会第88回富山大会2017
• [学会発表] 肢芽間充織培養系における軟骨パターン形成過程の定量解析 (2017)
  • 著者名/発表者名: 北嶋慶一、川平直史、大塚大輔、阿部玄武、森下喜弘、田村宏治
  • 学会等名: 日本動物学会第88回富山大会2017
• [学会発表] 鳥類において収斂進化した水かきの形成に関わる、保存されたゲノム配列と発生メカニズムの探索 (2017)
  • 著者名/発表者名: 宮腰拓、米井小百合、関亮平、阿部玄武、Sean D. Keeley、工樂樹洋、牧野能士、田村宏治
  • 学会等名: 2017年度生命科学系学会合同年次大会
• [学会発表] ニワトリ脚羽系統と羽毛恐竜をつないだゲノム比較研究 (2017)
  • 著者名/発表者名: 田村宏治
  • 学会等名: NBRP第４期開始記念シンポジウム －基礎研究から応用研究にわたる成果報告
  • 招待講演
• [学会発表] 実験発生学的観点からの恐竜研究 (2017)
  • 著者名/発表者名: 江川史朗、阿部玄武、田村宏治
  • 学会等名: 日本古生物学会 第166回例会
• [学会発表] Quantitative analysis of chondrogenic patterning in cell culture of developing limb mesenchyme (2017)
  • 著者名/発表者名: 北嶋慶一、川平直史、阿部玄武、森下喜弘、田村宏治
  • 学会等名: The 2017 Japan-NIH joint Symposium -on Advances in Biomedical Research and Disease-
  • 国際学会
• [学会発表] ペンギン前肢における第１指形成不全機構 (2016)
  • 著者名/発表者名: 佐藤智彦 阿部玄武 山本達也 田村宏治
  • 学会等名: 日本動物学会第86回大会2015新潟
  • 発表場所: 新潟コンベンションセンター 朱鷺メッセ（新潟市、新潟県）
  • 年月日: 2016-09-17
• [学会発表] 風切羽に特異的な発生プロセス (2016)
  • 著者名/発表者名: 近藤眞央 松原遼 関亮平 阿部玄武 齋藤大介 田村宏治
  • 学会等名: 日本動物学会第86回大会2015新潟
  • 発表場所: 新潟コンベンションセンター 朱鷺メッセ（新潟市、新潟県）
  • 年月日: 2016-09-17
• [学会発表] Developmental and genomic aspects of macroevolution in vertebrates. (2016)
  • 著者名/発表者名: Tamura K., Seki R., Kitajima K., Uemoto T., Sato T., Kondo M., Abe G., Shiroishi T., Li C., Irie N., Zhang G.
  • 学会等名: Avian Model Systems 9: A New Integrative Platform
  • 発表場所: Academia Sinica, Taipei, Taiwan
  • 年月日: 2016-03-28
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Inference for the acquisition of a dinosaur-type acetabulum (2016)
  • 著者名/発表者名: 江川史朗、阿部玄武、田村宏治
  • 学会等名: 第22回国際動物学会 第87回日本動物学会 合同大会
  • 国際学会
• [学会発表] Flight feather formation; new insights from integration of B10K project with developmental biology (2016)
  • 著者名/発表者名: 田村宏治
  • 学会等名: 第22回国際動物学会 第87回日本動物学会 合同大会
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] An approach with cell culture to a complex system of limb patterning (2016)
  • 著者名/発表者名: 北嶋慶一、阿部玄武、田村宏治
  • 学会等名: 第22回国際動物学会 第87回日本動物学会 合同大会
  • 国際学会
• [学会発表] Re-patterning and re-sizing in regeneration of vertebrate appendages (2016)
  • 著者名/発表者名: 田村宏治
  • 学会等名: Joint Meeting of the German and Japanese Societies of Developmental Biologists
  • 国際学会
• [学会発表] Roles of Aves class specific cis-regulatory elements on macroevolution of bird-specific features (2016)
  • 著者名/発表者名: 田村宏治
  • 学会等名: JSDB Special Symposium: Frontier of Developmental Biology
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 様々な培養系を用いた、四肢形態形成の複雑さへのアプローチ (2016)
  • 著者名/発表者名: 北嶋慶一、阿部玄武、田村宏治
  • 学会等名: 日本動物学会・平成28年度東北支部大会
• [学会発表] ヒレから四肢への進化を考える進化細胞生物学 (2016)
  • 著者名/発表者名: 田村宏治
  • 学会等名: 第39回日本分子生物学会年会
  • 招待講演
• [学会発表] 四足動物における基脚部（手根骨・足根骨）の発生 (2016)
  • 著者名/発表者名: 杉浦雄貴、阿部玄武、田村宏治
  • 学会等名: 第39回日本分子生物学会年会
• [学会発表] 恐竜の股関節形態形成機構の推論 (2015)
  • 著者名/発表者名: 江川史朗 阿部玄武 田村宏治
  • 学会等名: 日本進化学会第17回東京大会
  • 発表場所: 中央大学後楽園キャンパス（文京区、東京都）
  • 年月日: 2015-08-20
• [学会発表] Initial activation of restricted sonic hedgehog expression in early limb development (2015)
  • 著者名/発表者名: Matsubara H., Saito D., Tamura K.
  • 学会等名: 13th International Limb Development & Regeneration Conference
  • 発表場所: The Vinoy Renaissance St Petersburg Resort & Golf Club, St. Petersburg, FL, USA
  • 年月日: 2015-06-28
  • 国際学会
• [備考] 鳥類の進化に関わったDNA配列群を同定-鳥エンハンサーの発見-
  • URL: http://www.tohoku.ac.jp/japanese/2017/02/press20170203-02.html