孵化酵素の多重コピー遺伝子がもたらすメダカ属魚類の孵化環境への適応進化

• 研究課題/領域番号: 16K18593
• 研究種目: 若手研究(B)
• 配分区分: 基金
• 研究分野: 進化生物学
• 研究機関: 上智大学
• 研究代表者: 川口 眞理 上智大学, 理工学部, 准教授 (00612095)
• 研究期間 (年度): 2016-04-01 – 2019-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2018年度)
• 配分額: 4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円); 2018年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円); 2017年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円); 2016年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円)
• キーワード: hatching enzyme / egg envelope / recombinant protein / enzyme activity / medaka / adaptation / hatching / 孵化酵素 / 環境適応 / 多重コピー遺伝子

研究成果の概要

ミナミメダカには、アミノ酸配列がよく似るが至適塩濃度が異なる2種類の孵化酵素HCEが存在する。胚は淡水と海水で孵化できることから、多様な孵化環境に適応していると考えられる。両者でアミノ酸変異が見られる部位に一方を基に他方のアミノ酸残基に置き換えた変異HCEタンパク質を作製した。その結果、複数のアミノ酸残基の変異によって至適塩濃度の違いが生じていることが示唆された。さらに、メダカ属の5魚種のHCE遺伝子のクラスター構造を決定し、各魚種のHCEの至適塩濃度を調べた。その結果、3か所のアミノ酸残基が至適塩濃度の違いに大きく寄与している可能性が高いことが示唆された。

研究成果の学術的意義や社会的意義

本研究の特色は、第一に、タンパク質レベルの実験を通して適応進化を論じる点である。本研究は、多重コピー遺伝子の活性の多様性と適応進化との関係について考察するもので、これによって進化生物学の分野に重要な知見を提供できると確信する。第二に、DNAレベルとタンパク質レベルの実証可能な実験系を導入して、マクロな多様化のメカニズムの解明にアプローチしている点である。タンパク質の機能を実際に観察しながら、具体的にどの部位のどのアミノ酸変異が環境への適応や生物の多様化に関わっているのかを詳細に解析しようとする点も、本研究の重要な特色である。

研究成果

• [雑誌論文] Translocation of promoter-conserved hatching enzyme genes with intron-loss provides a new insight in the role of retrocopy during teleostean evolution. (2019)
  • 著者名/発表者名: Tatsuki Nagasawa, Mari Kawaguchi, Tohru Yano, Sho Isoyama, Shigeki Yasumasu, and Masataka Okabe.
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 9 号: 1 ページ: 2447-2447
  • DOI: 10.1038/s41598-019-38693-6
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Genome sequence of the euryhaline Javafish medaka, Oryzias javanicus: a small aquarium fish model for studies on adaptation to salinity. (2019)
  • 著者名/発表者名: Yusuke Takehana, Margot Zahm, Cedric Cabau, Christophe Klopp,Celine Roques, Olivier Bouchez, Cecile Donnadieu, Celia Barrachina, Laurent Journot, Mari Kawaguchi, Shigeki Yasumasu,Satoshi Ansai, Kiyoshi Naruse, Koji Inoue, Chuya Shinzato, Manfred Schartl, Yann Guiguen, and Amaury Herpin
  • 雑誌名: BioRxiv 巻: 印刷中
  • DOI: 10.1101/593673
  • 国際共著
• [雑誌論文] Male parental assistance in embryo hatching of barred-chin blenny Rhabdoblennius nitidus (2019)
  • 著者名/発表者名: Sano, K., Yokoyama, R., Kitano, T., Takegaki, T., Kitazawa, N., Kaneko, T., Nishino, Y., Yasumasu, S., Kawaguchi, M.
  • 雑誌名: J. Exp. Zool. B 巻: in press 号: 3-4 ページ: 000-000
  • DOI: 10.1002/jez.b.22854
  • 査読あり
• [雑誌論文] IFPA meeting 2018 workshop report I: Reproduction and placentationamong ocean-living species; placental imaging; epigenetics and extracellularvesicles in pregnancy. (2019)
  • 著者名/発表者名: Ganesh Acharya, Marisa Bartolomei, Anthony M. Carter, Larry Chamley, Charles F. Cotton, Junichi Hasegawa, Yuri Hasegawa, Satoshi Hayakawa, Mari Kawaguchi, et al.
  • 雑誌名: Placenta 巻: 印刷中
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] 図書紹介：タツノオトシゴ図鑑 (2018)
  • 著者名/発表者名: 川口眞理
  • 雑誌名: 魚類学雑誌 巻: 65 ページ: 217-217
• [雑誌論文] 究極のイクメン魚―タツノオトシゴ (2018)
  • 著者名/発表者名: 川口眞理
  • 雑誌名: 実験医学 巻: 36 ページ: 604-608
• [雑誌論文] 究極のイクメン魚―タツノオトシゴ (2018)
  • 著者名/発表者名: 川口眞理
  • 雑誌名: 実験医学「私の実験動物、やっぱり個性派です！」 巻: 36 ページ: 604-608
• [雑誌論文] Morphology of brood pouch formation in the pot-bellied seahorse Hippocampus abdominalis (2017)
  • 著者名/発表者名: Kawaguchi M, Okubo R, Harada A, Miyasaka K, Takada K, Hiroi J, Yasumasu S
  • 雑誌名: Zoological Letters 巻: 3 号: 1 ページ: 19-19
  • DOI: 10.1186/s40851-017-0080-9
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Comparison of egg envelope thickness in teleosts and its relationship to the sites of ZP protein synthesis (2017)
  • 著者名/発表者名: Sano Kaori, Mari Kawaguchi, Keita Katano, Kenji Tomita, Mayu Inokuchi, Tatsuki Nagasawa, Junya Hiroi, Toyoji Kaneko, Takashi Katagawa, Takafumi Fujimoto, Katsutoshi Arai, Masaru Tanaka and Shigeki Yasumasu
  • 雑誌名: Journal of Eperimental Zoology PartB: Molecular and Developmental Evolution 巻: 印刷中 号: 3 ページ: 240-258
  • DOI: 10.1002/jez.b.22729
  • 査読あり / 国際共著
• [学会発表] タツノオトシゴの育児嚢の形成に関わる候補遺伝子の発現パターン (2019)
  • 著者名/発表者名: 原田明里・川原玲香・川口眞理
  • 学会等名: 第71回日本動物学会関東支部
• [学会発表] メダカの卵膜硬化に関与するトランスグルタミナーゼ (2019)
  • 著者名/発表者名: 佐藤千優・川口眞理・安増茂樹
  • 学会等名: 第71回日本動物学会関東支部
• [学会発表] キュウリウオ目に存在する3つの孵化酵素の卵膜分解系：タンパク質機能性は、合目的で洗練されたシステムに進化する (2019)
  • 著者名/発表者名: 小島利恵子・松田千紘・高江洲雪子・川口眞理・安増茂樹
  • 学会等名: 第71回日本動物学会関東支部
• [学会発表] ヨウジウオ科魚類の育児嚢の進化 (2018)
  • 著者名/発表者名: 川口眞理
  • 学会等名: 第51回日本魚類学会
• [学会発表] Formation of seahorse brood pouch (2018)
  • 著者名/発表者名: Mari Kawaguchi
  • 学会等名: International Federation of Placenta Associations
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 骨魚類孵化酵素遺伝子のイントロン消失メカニズム―ゲノム構造の進化的制約から解放された遺伝子の分子進化― (2018)
  • 著者名/発表者名: 長澤竜樹・川口眞理・矢野十織・礒山翔・安増茂樹・岡部正隆
  • 学会等名: 第89回日本動物学会
• [学会発表] ニジマス孵化酵素の卵膜分解機能 (2018)
  • 著者名/発表者名: 竹野陸央・川口眞理・安増茂樹
  • 学会等名: 第89回日本動物学会
• [学会発表] タツノオトシゴの育児嚢の形成に関わる分化因子の探査 (2018)
  • 著者名/発表者名: 原田明里・川原玲香・川口眞理
  • 学会等名: 第89回日本動物学会
• [学会発表] 孵化酵素遺伝子のイントロン消失メカニズム：分子進化におけるレトロコピーの新たな役割の考察 (2018)
  • 著者名/発表者名: 長澤竜樹・川口眞理・矢野十織・礒山翔・安増茂樹・岡部正隆
  • 学会等名: 第20回日本進化学会
• [学会発表] Molecular evolution of transglutaminase responsible for egg envelope hardening in fish (2018)
  • 著者名/発表者名: Shigeki Yasumasu, Miyuki Horie, Tatsuki Nagasawa, Akira Oike, Mari Kawaguchi
  • 学会等名: 第24回小型魚類研究会
• [学会発表] タツノオトシゴの育児嚢の形成のカギを握る遺伝子は何か？ (2018)
  • 著者名/発表者名: 川口眞理・原田明里
  • 学会等名: 第4回ユニークな少数派実験動物を扱う若手が最先端アプローチを勉強する会
• [学会発表] Sub-functionalization of hatching enzyme genes during evolution of sticklebacks (2018)
  • 著者名/発表者名: Mari Kawaguchi, Kaori Sano, and Shigeki Yasumasu
  • 学会等名: 9th International Conference on Stickleback Behavior and Evolution
  • 国際学会
• [学会発表] Neofunctionalization of duplicated hatching enzyme genes in the teleost evolution. (2018)
  • 著者名/発表者名: Kaori Sano, Shuhei Ohno, Akitaka Izuha, Keisuke Imai, Mari Kawaguchi, and Shigeki Yasumasu
  • 学会等名: Society for Integrative and Comparative Biology, San Francisco, USA
  • 国際学会
• [学会発表] Co-evolution of fish hatching enzyme and its substrate. (2018)
  • 著者名/発表者名: Shigeki Yasumasu, Kaori Sano, Tatsuki Nagasawa, and Mari Kawaguchi
  • 学会等名: Society for Integrative and Comparative Biology, San Francisco, USA
  • 国際学会
• [学会発表] Formation of seahorse brood pouch. (2018)
  • 著者名/発表者名: Mari Kawaguchi, Akari Harada, and Shigeki Yasumasu
  • 学会等名: Society for Integrative and Comparative Biology, San Francisco, USA
  • 国際学会
• [学会発表] タツノオトシゴの育児嚢における真皮層特異的マーカーの探査 (2018)
  • 著者名/発表者名: 木下奈々・川原玲香・川口眞理
  • 学会等名: 第70回日本動物学会関東支部
• [学会発表] タツノオトシゴの育児嚢の形成に関わる候補遺伝子の発現解析 (2018)
  • 著者名/発表者名: 原田明里・川原玲香・川口眞理
  • 学会等名: 第70回日本動物学会関東支部
• [学会発表] タツノオトシゴの育児嚢におけるC型レクチンの局在 (2018)
  • 著者名/発表者名: 宮坂和希・川口眞理
  • 学会等名: 第70回日本動物学会関東支部
• [学会発表] 妊娠中のタツノオトシゴの育児嚢で発現する遺伝子の探査 (2018)
  • 著者名/発表者名: 岡沢耀平・川原玲香・川口眞理
  • 学会等名: 第70回日本動物学会関東支部
• [学会発表] メダカを用いた正真骨魚類の卵膜合成機構の研究 (2018)
  • 著者名/発表者名: 西野良英・川口眞理・佐野香織・安増茂樹
  • 学会等名: 第70回日本動物学会関東支部
• [学会発表] メダカ孵化酵素LCEと基質卵膜ChgHのドッキングシミュレーションによる複合体形成 (2018)
  • 著者名/発表者名: 竹野陸央・川口眞理・佐野香織・安増茂樹
  • 学会等名: 第70回日本動物学会関東支部
• [学会発表] タツノオトシゴの育児嚢～形成メカニズムと進化～ (2018)
  • 著者名/発表者名: 川口眞理
  • 学会等名: 第70回日本動物学会関東支部公開シンポジウム「魚類の多様な世界～魚はどのように進化したのか～」
  • 招待講演
• [学会発表] タツノオトシゴの育児嚢の進化 (2018)
  • 著者名/発表者名: 川口眞理
  • 学会等名: 第123回日本解剖学会シンポジウム「体表の進化生物学」
• [学会発表] おさかな周期表～魚類の多様な系統と分類の理解をめざして～ (2017)
  • 著者名/発表者名: 川口眞理・西田 睦
  • 学会等名: 第101回日本生物教育学会
  • 発表場所: 東京学芸大学、東京都・小金井市
  • 年月日: 2017-01-07
• [学会発表] Morphological observation of formation of seahorse brood pouch (2017)
  • 著者名/発表者名: Mari Kawaguchi
  • 学会等名: 3rd International Syngnathid Biology Symposium (SyngBio 2017)
  • 国際学会
• [学会発表] タツノオトシゴの育児嚢形成に関わる遺伝子の探査 (2017)
  • 著者名/発表者名: 川口眞理
  • 学会等名: 第3回ユニークな少数派実験動物を扱う若手が最先端アプローチを勉強する会
• [学会発表] 真骨魚類の進化過程において孵化酵素遺伝子はintronを失いながら，頻繁にretrotranslocationを起こした (2017)
  • 著者名/発表者名: 長澤竜樹・川口眞理・矢野十織・安増茂樹・岡部正隆
  • 学会等名: 第19回日本進化学会
• [学会発表] タツノオトシゴの育児嚢の形成と雄性ホルモンによる誘導 (2017)
  • 著者名/発表者名: 川口眞理
  • 学会等名: 第19回日本進化学会シンポジウム「エボデボから見る非モデル生物研究の魅力」
  • 招待講演
• [学会発表] 真骨魚類の卵膜硬化の分子メカニズム (2017)
  • 著者名/発表者名: 堀江望由季・安増茂樹・川口眞理
  • 学会等名: 第88回日本動物学会
• [学会発表] メダカ卵巣で発現するZP遺伝子の機能解析 (2017)
  • 著者名/発表者名: 西野良英・安増茂樹・川口眞理・佐野香織
  • 学会等名: 第88回日本動物学会
• [学会発表] 真骨魚類の進化過程において孵化酵素遺伝子が頻繁に経験したretrotranslocationとintron-lossの関係 (2017)
  • 著者名/発表者名: 長澤竜樹・川口眞理・矢野十織・安増茂樹・岡部正隆
  • 学会等名: 第88回日本動物学会
• [学会発表] 組織観察によるタツノオトシゴ類の育児嚢の進化過程 (2017)
  • 著者名/発表者名: 原田明里・川口眞理
  • 学会等名: 第88回日本動物学会
• [学会発表] ロウソクギンポRhabdoblennius nitidusの孵化におけるオスのアシスト (2017)
  • 著者名/発表者名: 佐野香織・横山莉沙・竹垣毅・川口眞理
  • 学会等名: 第50回日本魚類学会
• [学会発表] タツノオトシゴとイシヨウジの育児嚢の組織観察 (2017)
  • 著者名/発表者名: 原田明里・川口眞理
  • 学会等名: 第50回日本魚類学会
• [学会発表] タツノオトシゴの育児嚢を構成する組織の形成過程 (2017)
  • 著者名/発表者名: 原田明里・川口眞理
  • 学会等名: 第69回日本動物学会関東支部
  • 発表場所: 筑波大学東京キャンパス、東京都・文京区
• [学会発表] タツノオトシゴの育児嚢の形成はアンドロゲンによって誘導される (2017)
  • 著者名/発表者名: 高梨亜登・川口眞理
  • 学会等名: 第69回日本動物学会関東支部
  • 発表場所: 筑波大学東京キャンパス、東京都・文京区
• [学会発表] チョウザメにおける孵化腺細胞の分泌様式 (2017)
  • 著者名/発表者名: 会田裕貴・長澤竜樹・川口眞理・安増茂樹
  • 学会等名: 第69回日本動物学会関東支部
  • 発表場所: 筑波大学東京キャンパス、東京都・文京区
• [学会発表] CRISPR/Cas9法によるメダカKLF17遺伝子のノックアウト (2017)
  • 著者名/発表者名: 日野由佳子・長澤竜樹・川口眞理・安増茂樹
  • 学会等名: 第69回日本動物学会関東支部
  • 発表場所: 筑波大学東京キャンパス、東京都・文京区
• [学会発表] ニジマス孵化酵素の卵膜分解機構 (2017)
  • 著者名/発表者名: 竹野陸央・藤田正博・藤田恭子・川口眞理・安増茂樹
  • 学会等名: 第69回日本動物学会関東支部
  • 発表場所: 筑波大学東京キャンパス、東京都・文京区
• [学会発表] Morphological observation of formation of seahorse brood pouch (2016)
  • 著者名/発表者名: Ryohei Okubo, Mari Kawaguchi
  • 学会等名: Non-conventional animal models surfing the new waves of cutting-edge technologies. Joint Meeting of the 22nd International Congress of Zoology and the 87th meeting of Zoological Society of Japan
  • 発表場所: 沖縄科学技術大学院大学、沖縄県・国頭郡
  • 年月日: 2016-11-14
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Molecular co-evolution of a hatching enzyme and its substrate (2016)
  • 著者名/発表者名: Shigeki Yasumasu, Kaori Sano, Tatsuki Nagasawa, and Mari Kawaguchi
  • 学会等名: Joint Meeting of the 22nd International Congress of Zoology and the 87th meeting of Zoological Society of Japan
  • 発表場所: 沖縄科学技術大学院大学、沖縄県・国頭郡
  • 年月日: 2016-11-14
  • 国際学会
• [学会発表] Production of a neofunctionalized hatching enzyme from a recombinant enzyme with ancestral activity by amino acid mutation (2016)
  • 著者名/発表者名: aori Sano, Shuhei Ohno, Akitaka Izuha, Mari Kawaguchi, Shigeki Yasumasu
  • 学会等名: Joint Meeting of the 22nd International Congress of Zoology and the 87th meeting of Zoological Society of Japan
  • 発表場所: 沖縄科学技術大学院大学、沖縄県・国頭郡
  • 年月日: 2016-11-14
  • 国際学会
• [学会発表] The conserved enhancer of the hatching enzyme gene in ray-finned fish (2016)
  • 著者名/発表者名: Tatsuki Nagasawa, Tohru Yano, Mari Kawaguchi, Shigeki Yasumasu, and Masataka Okabe
  • 学会等名: Joint Meeting of the 22nd International Congress of Zoology and the 87th meeting of Zoological Society of Japan
  • 発表場所: 沖縄科学技術大学院大学、沖縄県・国頭郡
  • 年月日: 2016-11-14
  • 国際学会
• [学会発表] タツノオトシゴの育児嚢の形態学的観察 (2016)
  • 著者名/発表者名: 大窪遼平・川口眞理
  • 学会等名: 第49回日本魚類学会
  • 発表場所: 岐阜大学、岐阜県・岐阜市
  • 年月日: 2016-09-23
• [学会発表] メダカ属は淡水型と汽水型の2種類の孵化酵素をもつのか？ (2016)
  • 著者名/発表者名: 福岡明子・竹花佑介・豊田敦・成瀬清・安増茂樹・川口眞理
  • 学会等名: 第18回日本進化学会
  • 発表場所: 東京工業大学、東京都・目黒区
  • 年月日: 2016-08-25
• [学会発表] ゼブラフィッシュ孵化酵素遺伝子のエンハンサー解析 (2016)
  • 著者名/発表者名: 長澤竜樹・矢野十織・川口眞理・安増茂樹・岡部正隆
  • 学会等名: 第18回日本進化学会
  • 発表場所: 東京工業大学、東京都・目黒区
  • 年月日: 2016-08-25
• [学会発表] 真骨魚類卵膜遺伝子の進化 (2016)
  • 著者名/発表者名: 佐野香織・島田将・川口眞理・安増茂樹
  • 学会等名: 第18回日本進化学会
  • 発表場所: 東京工業大学、東京都・目黒区
  • 年月日: 2016-08-25
• [学会発表] タツノオトシゴの育児嚢の形成 (2016)
  • 著者名/発表者名: 川口眞理
  • 学会等名: 第2回ユニークな少数派実験動物を扱う若手が最先端アプローチを勉強する会
  • 発表場所: 岡崎カンファレンス、愛知県・岡崎市
  • 年月日: 2016-08-21
  • 招待講演
• [学会発表] タツノオトシゴ類の孵化様式 (2016)
  • 著者名/発表者名: 川口眞理・大窪遼平・川原玲香・井ノ口繭・金子豊二
  • 学会等名: 生物資源ゲノム解析拠点シンポジウム・研究発表会
  • 発表場所: 東京農業大学、東京都・世田谷区
• [図書] 『魚類学の百科事典』8章「孵化」 (2018)
  • 著者名/発表者名: 川口眞理
  • 総ページ数: 704
  • 出版者: 丸善
  • ISBN: 4621303171
• [図書] 『魚類学の百科事典』9章「孵化に関わる遺伝子」 (2018)
  • 著者名/発表者名: 川口眞理
  • 総ページ数: 704
  • 出版者: 丸善
  • ISBN: 4621303171