恐竜型股関節とトカゲ型股関節の形態差を生ずる機構の解明

• 研究課題/領域番号: 15J06859
• 研究種目: 特別研究員奨励費
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 国内
• 研究分野: 発生生物学
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 江川 史朗 東北大学, 生命科学研究科, 特別研究員(DC1)
• 研究期間 (年度): 2015-04-24 – 2018-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2017年度)
• 配分額: 3,400千円 (直接経費: 3,400千円); 2017年度: 1,100千円 (直接経費: 1,100千円); 2016年度: 1,100千円 (直接経費: 1,100千円); 2015年度: 1,200千円 (直接経費: 1,200千円)
• キーワード: 恐竜 / 股関節 / 発生 / 進化 / 骨格 / 形態形成 / 発生生物学 / 自律性 / 組織間相互作用 / evo-devo

研究実績の概要

本研究では股関節の骨盤側の構造(寛骨臼)が、どのような発生過程の変更で恐竜タイプへ進化したのかを明らかにする。この恐竜タイプの寛骨臼は鳥類まで引き継がれているので、恐竜タイプの寛骨臼の発生を理解する為にニワトリを、祖先状態を理解する為にヤモリ・カメを用いた。
昨年度までの進捗では、鳥類の骨盤原基は“爬虫類”のそれよりも何かしらの分泌因子(大腿骨原基もしくは周囲の間充織細胞interzoneから由来)に対して応答性が高く、これが恐竜タイプの寛骨臼の形成の原因であることが示唆されていた。本年度は、候補遺伝子の発現解析や候補遺伝子を発現した細胞の移植などにより、上記の機構を分子メカニズムのレベルまで明らかにした。結果として、鳥類の骨盤原基は“爬虫類”のそれに比べ、Wntシグナル経路に対して敏感に応答することが明らかになった。
また、新たにリムレス変異体というニワトリ変異体を米国のリソースセンターより導入した。本変異体では骨盤はあるものの大腿骨は発生しない。本変異体の表現型を観察したところ、寛骨臼には孔が存在し、股関節にはWnt経路のライガンドも発現していた。
上記の結果をもって、恐竜は骨盤原基がWntに対して高応答になったことで恐竜タイプの寛骨臼を獲得したと仮説した。最後に、文献調査により、上記の仮説と化石記録の整合性を検証し、不整合な部分に関しては補助仮説を導入した。
以上の内容を博士論文としてまとめ、その一部を学術雑誌に投稿した。

現在までの達成度 (段落)

29年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

29年度が最終年度であるため、記入しない。

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] 1.Anatomical integration of the sacral-hindlimb unit coordinated by GDF11 underlies variation in hindlimb positioning in tetrapods. (2017)
  • 著者名/発表者名: Matsubara Y., Hirasawa T., Egawa S., Hattori A., Suganuma T., Kohara Y., Nagai T., Tamura K., Kuratani S., Kuroiwa A., Suzuki T
  • 雑誌名: Nature Ecology and Evolution 巻: １ 号: 9 ページ: 1392-1399
  • DOI: 10.1038/s41559-017-0247-y
  • 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
• [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
  • 発表場所: 早稲田大学 (東京都 新宿区)
  • 年月日: 2017-01-27
• [学会発表] 動物の胚を用いた寛骨臼形態形成の基礎研究：先天性疾患・進化への洞察 (2017)
  • 著者名/発表者名: 江川史朗
  • 学会等名: 第44回日本股関節学会
• [学会発表] 絶滅動物の発生様式の推論 (2017)
  • 著者名/発表者名: 江川史朗
  • 学会等名: 第11回生物学基礎論研究会
• [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19回大会
• [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（第50回日本発生生物学会年会）
• [学会発表] Acquisition of novel cis-regulatory elements behind the evolutionary innovations of birds (2016)
  • 著者名/発表者名: 関亮平、Cai Li、林真一、近藤眞央、佐藤智彦、松原遼、江川史朗、北嶋慶一、齋藤大介、入江直樹、Guojie Zhang、田村宏治、城石俊彦
  • 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
  • 発表場所: 沖縄科学技術大学院大学および沖縄コンベンションセンター (沖縄県 国頭郡および宜野湾市)
  • 年月日: 2016-11-14
  • 国際学会
• [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
  • 発表場所: 沖縄科学技術大学院大学および沖縄コンベンションセンター (沖縄県 国頭郡および宜野湾市)
  • 年月日: 2016-11-14
  • 国際学会
• [学会発表] 恐竜の系統における股関節の形態形成機構の進化 (2016)
  • 著者名/発表者名: 江川史朗
  • 学会等名: 第9回Evo-Devo青年の会
  • 発表場所: 岡崎コンファレンスセンター (愛知県 岡崎市)
  • 年月日: 2016-06-25
• [学会発表] The inference about transition of hip joint morphogenesis in the dinosaurian lineage (2016)
  • 著者名/発表者名: 江川史朗*、阿部玄武、田村宏治
  • 学会等名: Avian Model Systems 9
  • 発表場所: 中央研究院 (台北, 台湾)
  • 年月日: 2016-03-28
  • 国際学会
• [学会発表] 恐竜の股関節形態の形成機構の推論 (2015)
  • 著者名/発表者名: 江川史朗*、阿部玄武、田村宏治
  • 学会等名: 日本動物学会第86回大会2015
  • 発表場所: 朱鷺メッセ新潟コンベンションセンター (新潟)
  • 年月日: 2015-09-17
• [学会発表] 恐竜の股関節形態の形成機構の推論 (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 (東京)
  • 年月日: 2015-08-20
• [学会発表] 恐竜の股関節形態の形成機構の推論 (2015)
  • 著者名/発表者名: 江川史朗*、阿部玄武、田村宏治
  • 学会等名: 第５回Tokyo Vertebrate Morphology Meeting
  • 発表場所: 東京慈恵会医科大学 南講堂 (東京)
  • 年月日: 2015-08-11