遺伝的多様性とエピジェネティック多様性の相互補償性の検証

• 研究課題/領域番号: 19K16201
• 研究種目: 若手研究
• 配分区分: 基金
• 審査区分: 小区分45020:進化生物学関連
• 研究機関: 北里大学
• 研究代表者: 勝村 啓史 北里大学, 医学部, 准教授 (10649544)
• 研究期間 (年度): 2019-04-01 – 2023-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2022年度)
• 配分額: 4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円); 2021年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円); 2020年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円); 2019年度: 1,820千円 (直接経費: 1,400千円、間接経費: 420千円)
• キーワード: DNAメチル化 / 遺伝的多様性 / メダカ / 表現型可塑性 / エピジェネティクス / メチル化DNA / 集団内多様性 / 自然集団

研究開始時の研究の概要

本研究は，遺伝的多様性の程度とエピジェネティックな多様性の程度を，ゲノム網羅的取得するDNA配列とDNAメチル化変動領域からそれぞれ推定し，それら多様性が相互に補償し合うのかどうかを検証することを目的とする．自然集団のエピジェネティックな状態を直接分析し，種や集団の存続に重要な要素である遺伝的多様性と比較し，メダカの集団史に照らし合わせ，それら多様性の変動を示す領域がどのような意味を持ち，どのように進化してきたのか明らかにする．

研究成果の概要

遺伝的多様性の低下は絶滅につながるが，遺伝的多様性が低い集団でも安定的に子孫を残すことができる．これは，エピジェネティックな変化により新しい環境に適応できる表現型の多様性を維持しているためと考えられる．しかし，遺伝的多様性の低い集団で高いエピジェネティックな多様性を示した研究はほとんどない．本研究では，香川県の野生メダカ6個体群を対象に、遺伝的多様性とエピジェネティック多様性を調べ，これらの多様性が相互に関連しているかどうかを明らかにした．DNAメチル化の季節変動は遺伝的多様性の低い集団で大きく，遺伝的多様性とDNAメチル化の間に弱い負の相関が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

近年，表現型に寄与するエピジェネティクスの実態とその効果が明らかになるにつれ，エピジェネティクスが突然変異だけでは説明できない表現型変化に関わっている可能性が示されている．DNA変化によらない表現型変化が，集団の生存や進化にどの程度寄与しているかを知ることは，生物進化を分子レベルで理解するために重要である．本研究により，エピジェネティック多様性が遺伝的多様性を互いに補償しうる可能性が示されたことから，適応進化におけるエピジェネティクスの役割の理解が進むだろう．さらに，環境が集団の生存や進化に重要であることも分子レベルで示唆され，持続可能な地球環境維持へのヒントとなることが期待される．

研究成果

• [雑誌論文] A Frozen-Section Procedure for Detecting Red-Tide Algae on the Gills of Aquaculture Fish (2022)
  • 著者名/発表者名: Takafumi Katsumura, Toshiyuki Nishimaki, Kogen Okita, Keita Ishii, Toshinori Takashi, Toshifumi Yamatogi, Motoyuki Ogawa, Tomoyuki Shikata
  • 雑誌名: ＣＹＴＯＬＯＧＩＡ 巻: 87 号: 2 ページ: 67-68
  • DOI: 10.1508/cytologia.87.67
  • ISSN: 0011-4545, 1348-7019
  • 年月日: 2022-06-25
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Canagliflozin Suppresses Atrial Remodeling in a Canine Atrial Fibrillation Model (2021)
  • 著者名/発表者名: Nishinarita R., Niwano S., Niwano H., Nakamura H., Saito D., Sato T., Matsuura G., Arakawa Y., Kobayashi S., Shirakawa Y., Horiguchi A., Ishizue N., Igarashi T., Yoshizawa T., Oikawa J., Hara Y., Katsumura T., Kishihara J., Satoh A., Fukaya H., Sakagami H., Ako J.
  • 雑誌名: Journal of the American Heart Association 巻: 10 号: 2
  • DOI: 10.1161/jaha.119.017483
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] DNA methylation site loss for plasticity-led novel trait genetic fixation (2020)
  • 著者名/発表者名: Katsumura Takafumi、Sato Suguru、Yamashita Kana、Oda Shoji、Gakuhari Takashi、Tanaka Shodai、Fujitani Kazuko、Nishimaki Toshiyuki、Imai Tadashi、Yoshiura Yasutoshi、Takeshima Hirohiko、Hashiguchi Yasuyuki、Mitani Hiroshi、Ogawa Motoyuki、Takeuchi Hideaki、Oota Hiroki
  • 雑誌名: bioRxiv 巻: -
  • DOI: 10.1101/2020.07.09.194738
  • オープンアクセス
• [雑誌論文] Parallel Evolution of Two dmrt1-Derived Genes, dmy and dm-W, for Vertebrate Sex Determination (2020)
  • 著者名/発表者名: Ogita Yusaku、Mawaribuchi Shuuji、Nakasako Kei、Tamura Kei、Matsuda Masaru、Katsumura Takafumi、Oota Hiroki、Watanabe Go、Yoneda Shigetaka、Takamatsu Nobuhiko、Ito Michihiko
  • 雑誌名: iScience 巻: 23 号: 1 ページ: 100757-100757
  • DOI: 10.1016/j.isci.2019.100757
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] メダカにおけるApolipoprotein Eの欠失によっておこる新奇性追求行動変化の解析 (2023)
  • 著者名/発表者名: 木村文昭，尾田正二，笠原麗美，太田博樹，小川元之，竹内秀明，勝村啓史
  • 学会等名: 第128回日本解剖学会・全国学術集会
• [学会発表] 野生メダカ集団を対象としたエピゲノム解析－消化管長の季節変動に着目して (2022)
  • 著者名/発表者名: 勝村啓史
  • 学会等名: 2022年度魚類学会シンポジウム
  • 招待講演
• [学会発表] 遺伝的多様性とエピジェネティック多様性の相互補償性の検証 (2022)
  • 著者名/発表者名: 勝村啓史
  • 学会等名: 日本進化学会年大会 第24回沼津大会
• [学会発表] 新奇性追求の遺伝基盤とその進化的意義の解明に向けた取り組み (2022)
  • 著者名/発表者名: 木村文昭，笠原麗美，太田博樹，小川元之，竹内秀明，勝村啓史
  • 学会等名: 日本進化学会年大会 第24回沼津大会
• [学会発表] メダカ地域集団を用いたアルツハイマー病関連遺伝子と新奇性追及との関連性の検証 (2022)
  • 著者名/発表者名: 木村文昭，笠原麗美，太田博樹，小川元之，竹内秀明，勝村啓史
  • 学会等名: 第76回日本人類学会大会・第38回日本霊長類学会大会連合大会
• [学会発表] 森と川のつながりが維持するアマゴの生活史多様性: 野外操作実験とゲノム解析の融合へ (2022)
  • 著者名/発表者名: 上田るい，金岩稔，照井慧，瀧本岳，武島弘彦，勝村啓史，橋口康之，山﨑曜，佐藤拓哉
  • 学会等名: 第69回日本生態学会大会
• [学会発表] 木村文昭，太田博樹，小川元之，竹内秀明，勝村啓史 (2022)
  • 著者名/発表者名: メダカ地域集団間でみられる新奇性追求の違いに関連する遺伝基盤の探索
  • 学会等名: 第127回日本解剖学会総会・全国学術集会
• [学会発表] サケ(Oncorhynchus keta)におけるメス化顔貌を伴う精巣網乳頭状嚢胞腺腫の一例 (2022)
  • 著者名/発表者名: 西槇俊之，小賀厚徳，千葉洋明，清水恵子，長坂剛志，清水勇一，勝村啓史，小川元之
  • 学会等名: 第127回日本解剖学会総会・全国学術集会
• [学会発表] An approach to understand the phenotypic diversity of human populations using local medaka populations as a model (2021)
  • 著者名/発表者名: Takafumi Katsumura
  • 学会等名: The 2nd AsiaEvo Conference
  • 国際学会
• [学会発表] ApoE KOメダカの行動解析 (2021)
  • 著者名/発表者名: 木村文昭，太田博樹，小川元之，竹内秀明，勝村啓史
  • 学会等名: 日本進化学会第23回東京大会
• [学会発表] メダカ集団でヒト集団の多様性の進化を探る (2021)
  • 著者名/発表者名: 勝村 啓史
  • 学会等名: 第11回定例研究会：社会性の起原と進化
• [学会発表] Quantification of spinal curvature and identification of its candidate genes in wy medaka (Oryzias latipes) (2021)
  • 著者名/発表者名: Takafumi Katsumura, Naohide Shimada, Kentaro Uchida, Toshiyuki Nishimaki, Masashi Takaso, Motoyuki Ogawa
  • 学会等名: 第126回日本解剖学会総会・全国学術集会 / 第98回日本生理学会大会 合同大会
• [学会発表] Rosette agent (Sphaerothecum denstruens) infection in laboratory medaka (2021)
  • 著者名/発表者名: Toshiyuki Nishimaki, Takafumi Katsumura, Noriko Nemoto, Kazuko Fujitani, Hiroki Oota
  • 学会等名: 第126回日本解剖学会総会・全国学術集会 / 第98回日本生理学会大会 合同大会
• [学会発表] wavyメダカにおける脊柱弯曲の定量解析と原因遺伝子変異の探索 (2020)
  • 著者名/発表者名: 勝村啓史，島田直英，西槇俊之，内田健太郎，高相晶士，小川元之
  • 学会等名: 第35日本整形外科学会基礎学術集会
• [学会発表] ヒメダカ集団のヒエラルキー形成に関わる脳の分子基盤の解明 (2020)
  • 著者名/発表者名: 渡部遼馬，勝村啓史，安齋賢，御輿真穂，竹内秀明
  • 学会等名: 日本動物学会 第91回大会
• [学会発表] ヒメダカ集団においてヒエラルキー形成がオスとメスの社会関係に与える影響 (2020)
  • 著者名/発表者名: 山下 萌絵，渡部遼馬，安齋賢，勝村啓史，御輿真穂，竹内秀明
  • 学会等名: 日本動物学会 第91回大会
• [学会発表] The fine structural approach to clarify the pathophysiological mechanism of orthopedic diseases by analyzing the spinal excurved Medaka mutant, wavy (wy) (2019)
  • 著者名/発表者名: Toshiyuki Nishimaki, Kentaro Uchida, Minoru Yamada, Shoji Oda, Atsunori Oga, Hiroki Oota, Takafumi Katsumura, Masashi Takaso, Motoyuki Ogawa
  • 学会等名: The 19th IFAA Congress
  • 国際学会
• [学会発表] メダカ集団を用いたヒト新奇性追求行動に関わるゲノム領域の探索 (2019)
  • 著者名/発表者名: 勝村啓史，尾田正二，上岡史享，三谷啓志，小川元之，太田博樹，竹内秀明
  • 学会等名: 日本進化学会第21回大会
• [学会発表] 新規側彎症モデルとしてwyメダカの有用性の検討 (2019)
  • 著者名/発表者名: 勝村啓史，内田健太郎，山田稔，西槇俊之，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34回日本整形外科学会基礎学術集会