タツノオトシゴの育児嚢特異的な遺伝子の探査

• 研究課題/領域番号: 19K06793
• 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: 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): 2019-04-01 – 2023-03-31
• 研究課題ステータス: 中途終了 (2022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); 2022年度: 390千円 (直接経費: 300千円、間接経費: 90千円); 2021年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円); 2020年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円); 2019年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
• キーワード: brood pouch / trasnposon / retroposon / seahorse / transposon / digestive enzyme / タツノオトシゴ / 育児嚢 / ヨウジウオ科

研究開始時の研究の概要

動物の子育ては一般的にはメスが行っているが、タツノオトシゴはオスの育児嚢内で卵を保護し、その後、出産する。育児嚢は、どのような遺伝的な変化によって生じたものなのだろうか？進化過程で育児嚢という新奇な器官がどのように生じたのかを考察するために、本研究では以下の3点を明らかにする。第一に、タツノオトシゴの育児嚢の形成開始に関わる遺伝子を同定する。第二に、育児嚢を構成する組織のマーカー遺伝子を同定する。第三に、タツノオトシゴが属するヨウジウオ科魚種の育児嚢の組織観察をとおして、タツノオトシゴの育児嚢に特徴的な組織が種間で共通しているのかを明らかにする。

研究成果の概要

タツノオトシゴは、他の魚種には見られない特徴的な形態をしており、オスがもつ育児嚢内でメスから受け取った卵を保護している。育児嚢内で胚の発生が進み、オスが出産する。育児嚢はタツノオトシゴを含むヨウジウオ科魚種のみにみられることから、この系統に特有の新奇な遺伝子が子育てや育児嚢の形成に関わっている可能性があると考えられる。本研究では、タツノオトシゴに固有な細胞で発現する新奇な遺伝子を見出した。この遺伝子は、タツノオトシゴ属とヨウジウオ属の共通祖先でゲノム内に挿入されて誕生した遺伝子と考えられる。

研究成果の学術的意義や社会的意義

育児嚢は、タツノオトシゴを含むヨウジウオ科魚類のすべてのオスに見られる子育て器官である。その形態は体表に付着させるだけの単純なものから袋状のものまで主に5つの形態に分類され、ヨウジウオ科魚類の進化過程で頻繁にその形態が変化している。近縁種でのみ見られる器官ということは、ゲノム配列のわずかな違いによって形態を多様化させていると考えられ、形態進化を詳細に調べることが可能な良い実験題材である。ヨウジウオ科魚種は藻場やサンゴ礁など生活環境に合わせて多様化しており、ヨウジウオ科魚種の育児嚢の多様性進化について理解できれば、生物の生き残り戦略の一端を解き明かすことになる。

研究成果

• [雑誌論文] Brood pouch evolution in pipefish and seahorse based on histological observation. (2022)
  • 著者名/発表者名: Akari Harada, Ryotaro Shiota, Ryohei Okubo, Makiko Yorifuji, Atsushi Sogabe, Hiroyuki, Motomura, Junya Hiroi, Shigeki Yasumasu, and Mari Kawaguchi
  • 雑誌名: Placenta 巻: 120 ページ: 88-96
  • DOI: 10.1016/j.placenta.2022.02.014
  • 査読あり
• [雑誌論文] Lineage‐specific evolution of zona pellucida genes in fish (2022)
  • 著者名/発表者名: Sano Kaori、Shimada Sho、Mibu Hideki、Taguchi Mizuki、Ohsawa Takasumi、Kawaguchi Mari、Yasumasu Shigeki
  • 雑誌名: Journal of Experimental Zoology Part B: Molecular and Developmental Evolution 巻: 338 号: 3 ページ: 181-191
  • DOI: 10.1002/jez.b.23122
  • 査読あり
• [雑誌論文] Molecular evolution of hatching enzymes and their paralogous genes in vertebrates. (2022)
  • 著者名/発表者名: Tatsuki Nagasawa, Mari Kawaguchi, Kohki Nishi, Shigeki Yasumasu
  • 雑誌名: BMC Ecology and Evolution 巻: 22 号: 1 ページ: 9-9
  • DOI: 10.1186/s12862-022-01966-2
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Pactacin is a novel digestive enzyme in teleosts (2021)
  • 著者名/発表者名: Kawaguchi M, Okazawa Y, Imafuku A, Nakano Y, Shimizu R, Ishizuka R, Jiang T, Nagasawa T, Hiroi J, Yasumasu S
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 11 号: 1 ページ: 7230-7230
  • DOI: 10.1038/s41598-021-86565-9
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] RADSex: A computational workflow to study sex determination using restriction site‐associated DNA sequencing data (2021)
  • 著者名/発表者名: R. Feron, Q. Pan, M. Wen, B. Imarazene, E. Jouanno, J. Anderson, A. Herpin, L. Journot, H. Parrinello, C. Klopp, V. A. Kottler, A. S. Roco, K. Du, S. Kneitz, M. Adolfi, C. A. Wilson, B. McCluskey, A. Amores, T. Desvignes, F. W. Goetz, A. Takanashi, M. Kawaguchi 他計36名
  • 雑誌名: Molecular Ecology Resources 巻: - 号: 5 ページ: 1715-1731
  • DOI: 10.1111/1755-0998.13360
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Genome Sequence of the Euryhaline Javafish Medaka, Oryzias javanicus: A Small Aquarium Fish Model for Studies on Adaptation to Salinity (2020)
  • 著者名/発表者名: Takehana Yusuke、Zahm Margot、Cabau Cedric、Klopp Christophe、Roques Celine、Bouchez Olivier、Donnadieu Cecile、Barrachina Celia、Journot Laurent、Kawaguchi Mari、Yasumasu Shigeki、Ansai Satoshi、Naruse Kiyoshi、Inoue Koji、Shinzato Chuya、Schartl Manfred、Guiguen Yann、Herpin Amaury
  • 雑誌名: G3 Genes|Genomes|Genetics 巻: 10 号: 3 ページ: 907-915
  • DOI: 10.1534/g3.119.400725
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [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] 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
• [学会発表] ヨウジウオ科魚類の育児嚢におけるアンモニア輸送の進化 (2022)
  • 著者名/発表者名: 山崎大嬉・廣井準也・川口眞理
  • 学会等名: 第74回日本動物学会関東支部
• [学会発表] Development of seahorse brood pouch in the aspect of neofunctionalization of the genes (2021)
  • 著者名/発表者名: Mari Kawaguchi, Wen-Shan Chang, and Shigeki Yasumasu
  • 学会等名: 4th SYNGBIO
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] タツノオトシゴの育児嚢におけるアンモニア輸送 (2021)
  • 著者名/発表者名: 山﨑大嬉・廣井準也・川口眞理
  • 学会等名: 第92回日本動物学会
• [学会発表] カワスズメ科魚類における孵化腺細胞の局在の進化 (2020)
  • 著者名/発表者名: 長澤竜樹・相原光人・川口眞理・二階堂雅人
  • 学会等名: 第72回日本動物学会関東支部
• [学会発表] ピグミーシーホースの抱卵時の腹腔の形態 (2020)
  • 著者名/発表者名: 原田明里・本村浩之・川口眞理
  • 学会等名: 第72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 ～形成メカニズムを分子レベルで探る～ (2019)
  • 著者名/発表者名: 川口眞理
  • 学会等名: 第42回日本分子生物学会ワークショップ「生命のゆりかご 「胚体外」 の発生とエピゲノム」
  • 招待講演
• [学会発表] Unique molecular evolution in teleost hatching enzyme genes - is this a new role of retrotransposon for evolution? (2019)
  • 著者名/発表者名: Tatsuki Nagasawa, Mari Kawaguchi, Tohru Yano, Sho Isoyama, Shigeki Yasumasu, Masataka Okabe
  • 学会等名: SMBE 2019
  • 国際学会
• [学会発表] 孵化酵素遺伝子と卵膜遺伝子の共進化がもたらした魚類の多様な孵化機構 (2019)
  • 著者名/発表者名: 佐野香織・川口眞理・安増茂樹
  • 学会等名: 第90回日本動物学会シンポジウム「魚類の繁殖～多様すぎる形態と生理に分子生物学のメスを入れる～」
• [学会発表] 真骨魚類レトロコピー遺伝子―十数億年続く分子進化の制約を打ち破る― (2019)
  • 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90回日本動物学会シンポジウム「遺伝的変異－発生・生理－適応度をつなぐ進化・多様性研究」
• [学会発表] タツノオトシゴの育児嚢の形成へのFGFシグナルの関与 (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90回日本動物学会
• [学会発表] 硬骨魚類孵化酵素の卵膜分解系の機能進化：正真骨魚類HCE-LCE系は、どのように成立したか？ (2019)
  • 著者名/発表者名: 安増茂樹・川口眞理・竹野陸央・小島利恵子・松本透夜
  • 学会等名: 第90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へのfgf10a・wnt5a遺伝子の関与 (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52回日本魚類学会
• [学会発表] 魚類には新規の消化酵素があるのか？ (2019)
  • 著者名/発表者名: 川口眞理
  • 学会等名: 第５回ユニーク会
• [学会発表] 組織観察によるヨウジウオ科魚種の進化過程 (2019)
  • 著者名/発表者名: 原田明里・川口眞理
  • 学会等名: 第21回日本進化学会
• [備考] 教員の受賞・成果
  • URL: https://www.sophia.ac.jp/jpn/news/PR/210401_outcome.html