遺伝性・季節変動性を示す消化管の長さを規定するDNA変異及びメチル化領域の探索

• 研究課題/領域番号: 16K21352
• 研究種目: 若手研究(B)
• 配分区分: 基金
• 研究分野: 生物多様性・分類; 遺伝・染色体動態
• 研究機関: 岡山大学
• 研究代表者: 勝村 啓史 岡山大学, 自然科学研究科, 特別研究員(PD) (10649544)
• 研究協力者: 武島 弘彦 ; 橋口 康之
• 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: 4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円); 2018年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円); 2017年度: 1,820千円 (直接経費: 1,400千円、間接経費: 420千円); 2016年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
• キーワード: 表現型可塑性 / 遺伝的多型 / メダカ / エピジェネティクス / DNAメチル化 / 遺伝的変異 / 集団内多様性 / ゲノムワイド関連解析 / 進化 / 遺伝的多様性

研究成果の概要

メダカの消化管の長さを規定するDNA変異と，可塑性を可能とするエピジェネティックな変化をゲノムワイドSNP解析とメチローム解析により見つけ出し，遺伝的多型と表現型可塑性によって表現型が多様化する分子・進化メカニズム解明の糸口をつかむことを目的として，研究を実施した．その結果，消化管の長さを遺伝的に規定する遺伝子領域と，消化管の可塑性に関連するDNAメチル化領域を見つけた．それらの分子進化学的解析より，季節変動するDNAメチル化領域の機能的消失が，消化管の長さを規定する変異の固定に重要であることが示唆された．

研究成果の学術的意義や社会的意義

本研究成果から，消化管の長さを規定する変異が存在すること，季節に応じてDNAメチル化
を介して可塑的に変化させる可能性が高いことが示された．環境に応じた表現型の変化がこれら2つの仕組みによってどのように制御されているのか，本成果はこの問いに答えるための糸口を与えた．本研究成果は，“遺伝的同化”の分子メカニズムおよび，進化プロセスを捉えた可能性がある．今後も本研究を進めていくことで，メダカにおける消化管の長さの多様化が遺伝的同化によるものなのか検証可能で，進化学的にも本研究の意義は高い．

研究成果

• [雑誌論文] Medaka Population Genome Structure and Demographic History Described via Genotyping-by-Sequencing (2018)
  • 著者名/発表者名: Katsumura Takafumi、Oda Shoji、Mitani Hiroshi、Oota Hiroki
  • 雑誌名: G3: GENES, GENOMES, GENETICS 巻: 9 号: 1 ページ: 217-228
  • DOI: 10.1534/g3.118.200779
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Abnormal nuclear morphology is independent of longevity in a zmpste24-deficient fish model of Hutchinson-Gilford progeria syndrome (HGPS) (2018)
  • 著者名/発表者名: Tonoyama Y, Shinya M, Toyoda A, Kitano T, Oga A, Nishimaki T, Katsumura T, Oota H, Wan MT, Yip BWP, Helen MOL, Chisada S, Deguchi T, Au DWT, Naruse K, Kamei Y, Taniguchi Y
  • 雑誌名: Comp Biochem Physiol C Toxicol Pharmacol 巻: 209 ページ: 54-62
  • DOI: 10.1016/j.cbpc.2018.03.006
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Medaka population genome structure and demographic history unveiled via Genotyping-by-Sequencing (2017)
  • 著者名/発表者名: Katsumura Takafumi、Oda Shoji、Mitani Hiroshi、Oota Hiroki
  • 雑誌名: bioRxiv 巻: －
  • DOI: 10.1101/233411
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Experimental evidence reveals the UCP1 genotype changes the oxygen consumption attributed to non-shivering thermogenesis in humans (2017)
  • 著者名/発表者名: Nishimura Takayuki、Katsumura Takafumi、Motoi Midori、Oota Hiroki、Watanuki Shigeki
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 7 号: 1 ページ: 5570-5570
  • DOI: 10.1038/s41598-017-05766-3
  • NAID: 120006987436
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] An ancestral haplotype of the human PERIOD2 gene associates with reduced sensitivity to light-induced melatonin suppression (2017)
  • 著者名/発表者名: Akiyama Tokiho、Katsumura Takafumi、Nakagome Shigeki、Lee Sang-il、Joh Keiichiro、Soejima Hidenobu、Fujimoto Kazuma、Kimura Ryosuke、Ishida Hajime、Hanihara Tsunehiko、Yasukouchi Akira、Satta Yoko、Higuchi Shigekazu、Oota Hiroki
  • 雑誌名: PLoS One 巻: 12 号: 6 ページ: e0178373-e0178373
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0178373
  • NAID: 120006891149
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] An approach to elucidate NBS1 function in DNA repair using frequent nonsynonymous polymorphism in wild medaka (Oryzias Latipes) populations (2017)
  • 著者名/発表者名: K. Igarashi, J. Kobayashi, T. Katsumura, Y. Urushibara, K. Hida, T. Watanabe-Asaka, H. Oota, S. Oda and H. Mitani
  • 雑誌名: PLOS ONE 巻: 12(1) 号: 1 ページ: e0170006-e0170006
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0170006
  • NAID: 120005980875
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] A comparative study on the regulatory region of the PERIOD1 gene among diurnal/nocturnal primates. (2016)
  • 著者名/発表者名: Katsumura T, Fukuyo Y, Kawamura S, Oota H.
  • 雑誌名: Journal of Physiological Anthropology 巻: 35(1) ページ: 21-21
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] In vivo 3D analysis of systemic effects after local heavy-ion beam irradiation in an animal model (2016)
  • 著者名/発表者名: Nagata K, Hashimoto C, Watanabe-Asaka T, Itoh K, Yasuda T, Ohta K, Oonishi H, Igarashi K, Suzuki M, Funayama T, Kobayashi Y, Nishimaki T, Katsumura T, Oota H, Ogawa M, Oga A, Ikemoto K, Itoh H, Kutsuna N, Oda S, and Mitani H
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 6 号: 1 ページ: 28691-28691
  • DOI: 10.1038/srep28691
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] ミトコンドリアDNA解析から推定する香川県メダカの集団史/Population history of medaka (Oryzias latipes) in Kagawa Prefecture inferred from mitochondrial DNA analysis (2016)
  • 著者名/発表者名: 山下佳那，勝村啓史，尾田正二，今井正，吉浦康寿，太田博樹
  • 雑誌名: 地域自然史と保全 巻: 38(1) ページ: 41-50
  • 査読あり
• [学会発表] メダカ消化管でみられるPlasticity-first evolutionの分子メカニズムとその集団遺伝学的プロセス (2019)
  • 著者名/発表者名: 勝村啓史，佐藤克，山下佳那，尾田正二，覚張隆史，田中翔大， 藤谷和子，西槇俊之，今井正，吉浦康寿，武島弘彦，橋口康之， 三谷啓志，小川元之，竹内秀明，太田博樹
  • 学会等名: 第124回日本解剖学会総会全国学術集会
• [学会発表] ヒト拡散に関する“冒険遺伝子仮説”のメダカを用いた検証 (2018)
  • 著者名/発表者名: 勝村啓史，尾田正二，上岡史享，三谷啓志，太田博樹，竹内秀明
  • 学会等名: 第72回日本人類学会大会
• [学会発表] メダカ (Oryzias latipes) におけるRosette agentの病理学的解析 (2018)
  • 著者名/発表者名: 西槇俊之，勝村啓史，根本典子，尾田正二，小賀厚徳，岡安勲，太田博樹，小川元之
  • 学会等名: 平成30年度日本魚病学会秋季大会
• [学会発表] Loss of epigenetic modification sites drives plasticity-first evolution. (2018)
  • 著者名/発表者名: Katsumura T., Sato S., Yamashita K., Oda S., Gakuhari T., Tanaka S., Imai T., Yoshiura Y., Takeshima H., Hashiguchi Y., Mitani M., Ogawa M., Takeuchi H., Oota H.
  • 学会等名: 24th Japanese Medaka and Zebrafish Meeting
  • 国際学会
• [学会発表] Molecular mechanisms and evolutionary processes underlying genetic assimilation in the digestive tract of medaka. (2018)
  • 著者名/発表者名: Katsumura T., Sato S., Yamashita K., Oda S., Gakuhari T., Tanaka S., Imai T., Yoshiura Y., Takeshima H., Hashiguchi Y., Mitani M., Ogawa M., Takeuchi H., Oota H.
  • 学会等名: Society for Molecular Biology & Evolution 2018
  • 国際学会
• [学会発表] メダカ消化管長で観察される表現型可塑性とその進化 (2018)
  • 著者名/発表者名: 勝村啓史
  • 学会等名: 日本進化学会第20回大会シンポジウム「表現型の可塑性～ホモ・サピエンスの環境適応のヒントを探る」
• [学会発表] wy変異体メダカを用いた側弯症発症メカニズムの微細形態学的解析 (2018)
  • 著者名/発表者名: 西槇俊之，内田健太郎，勝村啓史，山田稔，尾田正二，小賀厚徳，太田博樹，高相晶士，小川元之
  • 学会等名: 第123回日本解剖学会総会全国学術集会
• [学会発表] 奨励研究の申請許可と採択を受けて -メダカ全身組織バーチャルスライドの作製とそのデータベース化- (2018)
  • 著者名/発表者名: 西槇俊之，勝村啓史，太田博樹，小川元之
  • 学会等名: 第29回生物学技術研究会
• [学会発表] 野生メダカにみられる消化管長の季節変動に相関するDNAメチル化変動領域の網羅的な探索 (2017)
  • 著者名/発表者名: 勝村啓史，佐藤克，山下佳那，覚張隆史，尾田正二，今井正，吉浦康寿，武島弘彦，竹内秀明，小川元之，太田博樹
  • 学会等名: 第122回日本解剖学会総会全国学術集会
  • 発表場所: 長崎
  • 年月日: 2017-03-28
• [学会発表] 脊椎変異体メダカに対するX線マイクロCTと連続切片法によるアプローチ －詳細な形態解析を目指して－ (2017)
  • 著者名/発表者名: 西槇俊之，内田健太郎，木森義隆，勝村啓史，大貫裕子，尾田正二，小賀厚徳，高相晶士，太田博樹，小川元之
  • 学会等名: 第122回日本解剖学会総会全国学術集会
  • 発表場所: 長崎
  • 年月日: 2017-03-28
• [学会発表] 性皮膨張メカニズムの解明に向けて～ニホンザルのメンス前血中ホルモン濃度変動と相関する血球の発現変動遺伝子の検出～ (2017)
  • 著者名/発表者名: 勝村啓史，太田博樹
  • 学会等名: 第46回ホミニゼーション研究会
  • 発表場所: 犬山
  • 年月日: 2017-03-24
  • 招待講演
• [学会発表] メダカ全身組織切片からのバーチャルスライド化 -理科教育教材を目指して- (2017)
  • 著者名/発表者名: 西槇俊之，勝村啓史，小賀厚徳，尾田正二，太田博樹，小川元之
  • 学会等名: 第28回生物学技術研究会
  • 発表場所: 岡崎
  • 年月日: 2017-02-16
• [学会発表] UCP1遺伝子型による寒冷環境下のヒト非震え産熱能変化 (2017)
  • 著者名/発表者名: 勝村啓史，西村貴孝，本井碧，綿貫茂喜，太田博樹
  • 学会等名: 日本遺伝学会第89回大会
• [学会発表] 脊椎弯曲 wy メダカを用いた整形外科的疾患解明へのアプローチ (2017)
  • 著者名/発表者名: 西槇俊之，内田健太郎，山田稔，勝村啓史，大貫裕子，尾田正二，小賀厚徳，太田博樹，高相晶士，小川元之
  • 学会等名: 第51回日本側彎症学会学術集会
• [学会発表] 野生メダカをモデルとした消化管長多型をもたらす進化メカニズムの解明 (2017)
  • 著者名/発表者名: 勝村啓史，太田博樹
  • 学会等名: 第33回日本霊長類学会大会 自由集会
• [学会発表] 愛知県渥美半島・伊川津貝塚遺跡出土縄文人骨のゲノム解析(予報) (2016)
  • 著者名/発表者名: 覚張隆史，シコラ マーチン・コルネリウセ トーフィン，シュミット ライアン・松前ひろみ，小金渕佳江，勝村啓史，埴原恒彦，小川元之，佐藤丈寛，木村亮介，石田肇，設楽博己，山田康弘，柴田弘紀，田嶋敦，ウイラースレブ エスケ，太田博樹
  • 学会等名: 第70回日本人類学会大会
  • 発表場所: 新潟
  • 年月日: 2016-10-08
• [図書] 性的二型の分子進化学的理解ーメダカの尻鰭と性ステロイドホルモンー、pp156-173. ホルモンから見た生命現象と進化シリーズIII, 成長・成熟・性決定 伊藤道彦、高橋明義（共編） (2016)
  • 著者名/発表者名: 勝村啓史、太田博樹
  • 総ページ数: 183
  • 出版者: 裳華房
• [備考] 岡山大学プレスリリース：ゲノム解析から明らかになった日本列島メダカの2つの旅路
  • URL: https://www.okayama-u.ac.jp/tp/release/release_id582.html
• [備考] 日本のメダカの故郷はどこだ ゲノム解析で２カ所を解明
  • URL: https://www.asahi.com/articles/ASLD84HS3LD8PPZB009.html