温泉ガエルゲノムから探る高温耐性の獲得メカニズム

• 研究課題/領域番号: 18K06365
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 審査区分: 小区分45020:進化生物学関連
• 研究機関: 広島大学
• 研究代表者: 井川 武 広島大学, 両生類研究センター, 助教 (00507197)
• 研究分担者: 荻野 肇 広島大学, 両生類研究センター, 教授 (10273856)
• 研究期間 (年度): 2018-04-01 – 2021-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2020年度)
• 配分額: 4,420千円 (直接経費: 3,400千円、間接経費: 1,020千円); 2020年度: 520千円 (直接経費: 400千円、間接経費: 120千円); 2019年度: 1,820千円 (直接経費: 1,400千円、間接経費: 420千円); 2018年度: 2,080千円 (直接経費: 1,600千円、間接経費: 480千円)
• キーワード: 適応進化 / ゲノム解読 / 極限環境 / 生物多様性 / 遺伝子発現調節 / 両生類 / 分布拡大 / ゲノム進化 / 温度適応 / 分子進化 / 環境適応 / 温度耐性 / 遺伝子発現 / ゲノム / 高温耐性 / ゲノム編集

研究成果の概要

本研究は温泉において生育できるほどの高温耐性を獲得したリュウキュウカジカガエルについて、高温耐性の原因遺伝子を単離し、適応進化における遺伝的基盤を解明することを目的として、主に遺伝子発現解析とゲノムシークエンスを行った。遺伝子発現解析の結果、高温下において持続的に生育させた場合、遺伝子発現調節に関わる重要な遺伝子が高発現することが明らかとなった。また、近縁種であるカジカガエルとのゲノム比較解析の結果、温度感受性受容体や熱ショック応答タンパク質などの配列が顕著に異なることが明らかとなり、高温耐性下における遺伝子機能が変化していることが予想された。

研究成果の学術的意義や社会的意義

進化学において、適応進化はよく知られた現象であるが、そのプロセスや遺伝子機能に迫る研究はこれまであまり行われていなかった。本研究では極限環境に生息する生物の遺伝情報を網羅的に決定し、遺伝子機能の変化を明らかにした。本研究の成果は、生物多様性をもたらす適応進化のメカニズムの根本的理解につながると考えられる。

研究成果

• [雑誌論文] Complete mitochondrial genome of Hynobius dunni (Amphibia, Caudata, Hynobiidae) and its phylogenetic position (2020)
  • 著者名/発表者名: Takeshi Igawa , Hisanori Okamiya , Hajime Ogino & Masahiro Nagano
  • 雑誌名: Mitochondrial DNA Part B Resources 巻: 5 号: 3 ページ: 2241-2242
  • DOI: 10.1080/23802359.2020.1770140
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Heterogeneity of synonymous substitution rates in the Xenopus frog genome. (2020)
  • 著者名/発表者名: *Lau, Q., Igawa, T., Ogino, H., Katsura, Y., Ikemura, T. and Satta, Y.
  • 雑誌名: PLoS One 巻: 15 号: 8 ページ: 2241-2242
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0236515
  • NAID: 120007159972
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Spontaneous neoplasia in the western clawed frog Xenopus tropicalis (2020)
  • 著者名/発表者名: Suzuki Makoto、Igawa Takeshi、Suzuki Nanoka、Ogino Hajime、Ochi Haruki
  • 雑誌名: microPublication Biology 巻: -
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Hot spring frogs (Buergeria japonica) prefer cooler water to hot water (2020)
  • 著者名/発表者名: Komaki Shohei、Sutoh Yoichi、Kobayashi Kensuke、Saito Shigeru、Saito Claire T.、Igawa Takeshi、Lau Quintin
  • 雑誌名: Ecology and Evolution 巻: 10 号: 17 ページ: 9466-9473
  • DOI: 10.1002/ece3.6637
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Geographic Origin and Genetic Characteristics of Japanese Indigenous Chickens Inferred from Mitochondrial D-Loop Region and Microsatellite DNA Markers (2020)
  • 著者名/発表者名: Hata Ayano、Takenouchi Atsushi、Kinoshita Keiji、Hirokawa Momomi、Igawa Takeshi、Nunome Mitsuo、Suzuki Takayuki、Tsudzuki Masaoki
  • 雑誌名: Animals 巻: 10 号: 11 ページ: 2074-2074
  • DOI: 10.3390/ani10112074
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Expression Changes of MHC and Other Immune Genes in Frog Skin during Ontogeny (2020)
  • 著者名/発表者名: Lau Quintin、Igawa Takeshi、Komaki Shohei、Satta Yoko
  • 雑誌名: Animals 巻: 10 号: 1 ページ: 91-91
  • DOI: 10.3390/ani10010091
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Comparison of the detection of 3 endangered frog species by eDNA and acoustic surveys across 3 seasons (2020)
  • 著者名/発表者名: Takahara Teruhiko、Iwai Noriko、Yasumiba Kiyomi、Igawa Takeshi
  • 雑誌名: Freshwater Science 巻: 39 号: 1 ページ: 18-27
  • DOI: 10.1086/707365
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Mapping of Quantitative Trait Loci for Growth and Carcass-Related Traits in Chickens Using a Restriction-Site Associated DNA Sequencing Method (2019)
  • 著者名/発表者名: Ono Takashi、Ohara Ken、Ishikawa Akira、Kouguchi Tomomi、Nagano Atsushi J.、Takenouchi Atsushi、Igawa Takeshi、Tsudzuki Masaoki
  • 雑誌名: The Journal of Poultry Science 巻: 56 号: 3 ページ: 166-176
  • DOI: 10.2141/jpsa.0180066
  • NAID: 130007683049
  • ISSN: 1346-7395, 1349-0486
  • 査読あり
• [雑誌論文] Xenopus Resources: Transgenic, Inbred and Mutant Animals, Training Opportunities, and Web-Based Support (2019)
  • 著者名/発表者名: Horb Marko、Wlizla Marcin、Abu-Daya Anita、McNamara Sean、Gajdasik Dominika、Igawa Takeshi、Suzuki Atsushi、Ogino Hajime、Noble Anna、Centre de Ressource Biologique Xenope team in France
  • 雑誌名: Frontiers in Physiology 巻: 10 ページ: 1-10
  • DOI: 10.3389/fphys.2019.00387
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] An application of PCR-RFLP species identification assay for environmental DNA detection (2019)
  • 著者名/発表者名: Igawa Takeshi、Takahara Teruhiko、Lau Quintin、Komaki Shohei
  • 雑誌名: PeerJ 巻: 7 ページ: e7597-e7597
  • DOI: 10.7717/peerj.7597
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Detecting inter- and intra-island genetic diversity: population structure of the endangered crocodile newt, Echinotriton andersoni, in the Ryukyus (2019)
  • 著者名/発表者名: Igawa Takeshi、Sugawara Hirotaka、Honda Masanao、Tominaga Atsushi、Oumi Shohei、Katsuren Seiki、Ota Hidetoshi、Matsui Masafumi、Sumida Masayuki
  • 雑誌名: Conservation Genetics 巻: 21 号: 1 ページ: 13-26
  • DOI: 10.1007/s10592-019-01219-8
  • 査読あり
• [雑誌論文] Selective constraint acting on TLR2 and TLR4 genes of Japanese Rana frogs (2018)
  • 著者名/発表者名: Lau Quintin、Igawa Takeshi、Kosch Tiffany A.、Satta Yoko
  • 雑誌名: PeerJ 巻: 6 ページ: e4842-e4842
  • DOI: 10.7717/peerj.4842
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Quantitative trait loci mapping for the shear force value in breast muscle of F2 chickens (2018)
  • 著者名/発表者名: Ono Takashi、Kouguchi Tomomi、Ishikawa Akira、Nagano Atsushi J、Takenouchi Atsushi、Igawa Takeshi、Tsudzuki Masaoki
  • 雑誌名: Poultry Science 巻: 98 号: 3 ページ: 1096-1101
  • DOI: 10.3382/ps/pey493
  • 査読あり
• [雑誌論文] 私の実験動物、やっぱり個性派です！ 温泉に生きるド根性ガエル―リュウキュウカジカガエル (2018)
  • 著者名/発表者名: 井川武、小巻翔平、荻野肇
  • 雑誌名: 実験医学 巻: 36 ページ: 2806-2810
• [学会発表] ネッタイツメガエルを用いた遺伝学・ゲノム科学的 リソース基盤の形成とその活用 (2020)
  • 著者名/発表者名: 鈴木 誠, 井川 武, 鈴木菜花, 古野伸明, 田澤 一朗, 高瀬 稔, 荻野 肇
  • 学会等名: 第43回日本分子生物学会年会
  • 招待講演
• [学会発表] ネッタイツメガエルの遺伝学・ゲノム科学的リソース基盤の形成とその活用 (2020)
  • 著者名/発表者名: 鈴木 誠, 井川 武, 柏木昭彦, 柏木啓子, 古野伸明, 鈴木菜花, 田澤一朗, 高瀬 稔, 三浦郁夫, 鈴木 厚, 花田秀樹, 中島圭介, 彦坂 暁, 越智陽城, 加藤尚志, 森 司, 荻野 肇
  • 学会等名: ナショナルバイオリソースプロジェクト(NBRP) オンラインフォーラム2020
  • 招待講演
• [学会発表] ツメガエル胚におけるヒト胎盤型アルカリフォスファターゼをレポーターとして用いた三次元組織解析系の構築 (2020)
  • 著者名/発表者名: 阪上起世, 井川 武, 齊川佳織, 鈴木菜花, 鈴木 誠, 荻野 肇
  • 学会等名: 日本動物学会第91回大会
• [学会発表] Convergent evolution of duplicated genes in different evolutionary lineages (2020)
  • 著者名/発表者名: Tanouchi, M., Igawa, T., Suzuki, M., Suzuki, N. and Ogino, H
  • 学会等名: 第53回日本発生生物学会大会
• [学会発表] 異なる進化系譜における倍加遺伝子の収斂進化 (2019)
  • 著者名/発表者名: 田内幹大，井川 武，鈴木 誠，鈴木菜花，荻野 肇
  • 学会等名: 第42回日本分子生物学会年会
• [学会発表] ネッタイツメガエル近交系4系統のゲノム解読と系統間の遺伝的変異 (2019)
  • 著者名/発表者名: 井川 武、松波雅俊、今村美菜子、鈴木 誠、鈴木菜花、柏木昭彦、柏木啓子、越智陽城、前田士郎、*荻野 肇
  • 学会等名: 第42回日本分子生物学会年会特別シンポジウム「NBRPが支える生命科学研究最前線
  • 招待講演
• [学会発表] ネッタイツメガエルを用いた遺伝学・ゲノム科学的 リソース基盤の形成とその活用 (2019)
  • 著者名/発表者名: 井川 武，鈴木 誠，柏木昭彦，柏木啓子，古野伸明，鈴木菜花，田澤 一朗，高瀬 稔，三浦 郁夫，鈴木 厚，花田秀樹，中島圭介，彦坂 暁，越智陽城，加藤尚志，森 司，*荻野 肇
  • 学会等名: 第42回日本分子生物学会年会
• [学会発表] Generation of Xenopus tropicalis inbred strains and their genome polymorphism data by NBRP in Japan (2019)
  • 著者名/発表者名: Igawa, T., Suzuki, M., Suzuki, N., Kashiwagi, A., Kashiwagi, K., Ochi, H. and Ogino, H.
  • 学会等名: Xenopus Resources and Emerging Technology Meeting
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] ネッタイツメガエルを用いた発生遺伝学およびゲノム進化学研究 (2019)
  • 著者名/発表者名: 荻野 肇、井川 武、柏木昭彦、柏木啓子、田内幹大、岩田 唯、越智陽城、鈴木菜花、田澤一朗、鈴木 誠
  • 学会等名: 日本動物学会第90回大会シンポジウム「第38回胚誘導と形態形成・第28回イモリ・ネットワーク共催 新しい両生類研究への誘い」
• [学会発表] 「ツメガエル」ってどんなカエル？ (2019)
  • 著者名/発表者名: 鈴木菜花，鈴木 誠，井川 武，柏木啓子，柏木昭彦，荻野 肇
  • 学会等名: 日本動物学会第90回大会「動物学ひろば」、大阪市立大学、大阪市、2019.9.13，社会アウトリーチ展示
• [学会発表] ネッタイツメガエル近交系４系統のゲノム解読と系統間の遺伝的変異 (2019)
  • 著者名/発表者名: 井川 武，松波雅俊，今村美菜子，鈴木 誠，鈴木 菜花，柏木 昭彦，柏木 啓子，越智陽城，前田士郎，荻野 肇
  • 学会等名: 第13回日本ツメガエル研究集会
• [学会発表] 異なる進化系譜における倍加遺伝子の収斂進化 (2019)
  • 著者名/発表者名: 田内 幹大，井川 武，鈴木 誠，鈴木 菜花，荻野 肇
  • 学会等名: 第13回日本ツメガエル研究集会
• [学会発表] 両生類研究センターにおけるトランスジェニックツメガエルの開発と収集 (2019)
  • 著者名/発表者名: 鈴木 誠，井川 武，鈴木 菜花，越智陽城，荻野 肇
  • 学会等名: 第13回日本ツメガエル研究集会
• [学会発表] The 4th National BioResource Project of Xenopus tropicalis (2019)
  • 著者名/発表者名: Igawa, T., Kashiwagi, A., Kashiwagi, K., Suzuki, N., Suzuki, M., Tazawa, I., Furuno, N., Ochi, H., Kato, T., Mori, T. and Ogino, H
  • 学会等名: 第52回日本発生生物学会大会
• [学会発表] 温泉ガエルから温度適応の不思議に迫る (2019)
  • 著者名/発表者名: 井川 武
  • 学会等名: 動物学会関東支部 公開シンポジウム「挑戦する両生類：カエル・イモリを使った研究の最前線」
  • 招待講演
• [学会発表] The 4th National BioResource Project of Xenopus tropicalis (2018)
  • 著者名/発表者名: Igawa T, Kashiwagi A, Kashiwagi K, Tazawa I, Furuno N, Ochi H, Kato T, Mori T, Ogino H.
  • 学会等名: 第70回日本細胞生物学会・第51回日本発生生物学会合同大会
• [学会発表] The wild-type Xenopus laevis is an asymptomatic carrier of aniridia-like pax6 mutations (2018)
  • 著者名/発表者名: Iwata Y, Tanouchi M, Igawa T, Sakagami K, Ochi H, Ogino H.
  • 学会等名: 第70回日本細胞生物学会・第51回日本発生生物学会合同大会
• [学会発表] The hypomorphic mutations hidden in the allotetraploid genome of Xenopus laevis (2018)
  • 著者名/発表者名: Tanouchi M, Ochi H, Kawaguchi A, Igawa T, Iwata Y, Sakagami K, Ogino H
  • 学会等名: 第70回日本細胞生物学会・第51回日本発生生物学会合同大会
• [学会発表] Revisiting Bergmann’s rule: temperature adaptation and its evolutionary significance of the Japanese and Ryukyu bell-ring frogs” (Workshop: Cell and Molecular Mechanisms leading to the morphological diversity of vertebrates) (2018)
  • 著者名/発表者名: Igawa T, Ogino H.
  • 学会等名: 第41回日本分子生物学会年会
  • 招待講演
• [学会発表] The functional domain-localized mutations hidden in the allotetraploid genome of Xenopus laevis (2018)
  • 著者名/発表者名: Tanouchi M, Iwata Y, Igawa T, Sakagami K, Suzuki N, Ogino H.
  • 学会等名: 第41回日本分子生物学会年会
• [学会発表] 温泉ガエルの発見：リュウキュウカジカガエルの高温耐性メカニズムの解明に向けて (2018)
  • 著者名/発表者名: 井川 武, 荻野 肇
  • 学会等名: 第3回バイオサーモロジーワークショップ
  • 招待講演
• [備考] Takeshi Igawa, Ph.D.
  • URL: https://home.hiroshima-u.ac.jp/~tigawa/