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魚類正中ヒレの進化発生学で新規器官獲得の機構を紐解く

研究課題

研究課題/領域番号 22K06232
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44020:発生生物学関連
研究機関鳥取大学

研究代表者

阿部 玄武  鳥取大学, 医学部, 准教授 (20550073)

研究期間 (年度) 2022-04-01 – 2026-03-31
研究課題ステータス 交付 (2023年度)
配分額 *注記
4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)
2025年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円)
2024年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円)
2023年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円)
2022年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円)
キーワード有対尾ヒレ / Twin-tail形態 / 四肢発生 / 新奇形質 / 異所的筋肉 / ヒレ発生 / 進化発生学 / 正中ヒレ / 器官獲得 / Twin-tail / 脊椎動物付属肢進化
研究開始時の研究の概要

新たな器官構造の獲得は、大規模な形態進化として古くから興味を持たれる進化発生学の大テーマである。しかしこれまでその具体的なメカニズムの理解には至っていない。
そこで本研究では、真骨魚の正中線で起こった有対化尾ヒレや第一背ヒレなど、新たなヒレ構造を獲得する形態進化に着目する。この付加的ヒレ構造は、詳細な発生メカニズムを比較可能であり、器官獲得の進化発生研究をするのに適したモデルとなる。本研究では、ヒレ原基から始まるヒレ発生過程に注目し、付加的ヒレ構造獲得の進化発生メカニズムを検討する。それらによって器官創出による大規模な形態進化がどう起こるのかを議論する。

研究実績の概要

新たな器官構造の獲得は、大規模な形態進化として古くから興味を持たれる進化発生学の大テーマである。しかしこれまでは系統的に遠い動物で起こった現象で限られた範囲の比較を示す研究が多く、具体的な進化発生メカニズムの理解には至っていない。そこで本研究では、真骨魚の正中線で起こった有対化尾ヒレや第一背ヒレなど、新たなヒレ構造(付加的ヒレ構造)を獲得する形態進化に着目する。
2023年度は、主に有対化形態における筋肉構造と、正中膜ヒレの役割について解析した。まず、有対化尾ヒレを使ったヒレ発生ユニットの解析に関しては、有対化する尾ヒレで筋骨格系がどのように変化するのかを解析した。有対尾ヒレには、有対化した尾ヒレ骨格の間に異所的な筋肉(異所的中尾筋)が確認された。この異所的中尾筋の由来を調べるために、筋肉特異的TGを使った細胞追跡実験を行った。その結果、受精後16日から有対尾ヒレ骨格の間に異所的中尾筋が見られた。この結果は組織切片を用いても確認している。今後はさらに、より早いステージにおける細胞由来の追跡を行う予定である。
硬骨魚の各正中ヒレは、仔魚期にみられる正中膜ヒレ(MFF: Median Fin Fold)の退縮過程で現れてくる。ただし、MFFに異常が起こる変異体でも、正中ヒレは正常に形成される場合がある。本年度、このMFFの組織動態に関して、ヒレ特異的TGとCre/loxPシステムを使った細胞追跡を行った。その結果、遠位側と近位側の二つの細胞系譜が存在することが示唆された。今後は、これら系譜がMFFに異常が起こる変異体でどのように振る舞い、正常に近い背ヒレを形成するのかを、肢芽/ヒレ発生に関わる因子に着目し検討する。
他に、棘鰭型類の新奇形質第一背ヒレを解析するためのモデル動物のモデル化を進めた。発生過程や遺伝子導入について、方法論や基本的な記載を行った論文を投稿している。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

当初の計画通り、有対尾ヒレの筋肉細胞の追跡実験や、MFFの上皮細胞の追跡実験など、細胞動態の詳細を解析する実験を行い、十分な成果を得ている。その解析から、正中ヒレ発生過程の中でユニット化した振る舞いを示す、特に筋肉系細胞の発生メカニズムと、その詳細の解明の端緒となる結果を得ている。また、魚類正中線上の新奇形質のモデルである第一背ヒレを持つ魚類のモデル化を進めた。発生過程や遺伝子導入について、方法論や基本的な記載を行った論文を投稿している。したがって、一定以上の成果が得られていると判断している。

今後の研究の推進方策

有対化尾ヒレを使ったヒレ発生ユニットの解析に関しては、さらに異所的中尾筋の由来についての解析を進める。具体的には発生初期にさかのぼるため、Cre/loxPシステムを使うなどの細胞追跡実験を行う。また、異所的中尾筋に関して、速/遅筋のパターンに独特の様式を持つ可能性を示す結果を得ている。それらのパターン形成に関してどのような組織、分子メカニズムが関わるのかを解析していく。
また、MFFの機能に関しても、より詳細な分子メカニズムの解析を行う。具体的にはMFFが発生中期以降に間葉系細胞に機能を持つのか、持つとしたらどのような相互作用があるのかを明らかにしていく。そのために、FGF、BMP、Wntなどのシグナルカスケードに関して、どのような遺伝子が正中ヒレの発生に関わるのかをレポーターTGで観察する。さらに、阻害剤の添加による機能抑制実験、hspを用いた遺伝子過剰発現による機能獲得実験を行う。また、MFFに異常が起こる変異体dflに関して、原因となる遺伝情報の探索を行う。さらに、CRISPRシステムを用いて別のMFF異常変異体(ferm2a)の作成も行い、より詳細なMFF機能の分子メカニズムの解析を行う。

報告書

(2件)
  • 2023 実施状況報告書
  • 2022 実施状況報告書
  • 研究成果

    (18件)

すべて 2024 2023 2022 その他

すべて 国際共同研究 (2件) 雑誌論文 (6件) (うち国際共著 1件、 査読あり 6件、 オープンアクセス 6件) 学会発表 (9件) (うち国際学会 5件、 招待講演 1件) 備考 (1件)

  • [国際共同研究] ICOB, Academia Sinica, Taiwan(その他の国・地域)

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [国際共同研究] ICOB, Academia Sinica, Taiwan(その他の国・地域)

    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [雑誌論文] Exploring the origin of a unique mutant allele in twin-tail goldfish using CRISPR/Cas9 mutants2024

    • 著者名/発表者名
      Lee Shu-Hua、Wang Chen-Yi、Li Ing-Jia、Abe Gembu、Ota Kinya G.
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: 14 号: 1 ページ: 8716-8716

    • DOI

      10.1038/s41598-024-58448-2

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Genomic screening of fish‐specific genes in gnathostomes and their functions in fin development2024

    • 著者名/発表者名
      Kudoh Hidehiro、Yonei‐Tamura Sayuri、Abe Gembu、Iwakiri Junichi、Uesaka Masahiro、Makino Takashi、Tamura Koji
    • 雑誌名

      Development, Growth & Differentiation

      巻: 66 号: 3 ページ: 235-247

    • DOI

      10.1111/dgd.12918

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] The dwarf neon rainbowfish <i>Melanotaenia praecox</i>, a small spiny‐rayed fish with potential as a new <scp>Acanthomorpha</scp> model fish: <scp>I</scp>. <scp>Fin</scp> ray ontogeny and postembryonic staging2024

    • 著者名/発表者名
      Miyamoto Kazuhide、Abe Gembu、Tamura Koji
    • 雑誌名

      Developmental Dynamics

      巻: - 号: 9 ページ: 829-845

    • DOI

      10.1002/dvdy.699

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] The dwarf neon rainbowfish <i>Melanotaenia praecox</i>, a small spiny‐rayed fish with potential as a new Acanthomorpha model fish: <scp>II</scp>. Establishment of a microinjection procedure for genetic engineering2024

    • 著者名/発表者名
      Miyamoto Kazuhide、Abe Gembu、Kawakami Koichi、Tamura Koji、Ansai Satoshi
    • 雑誌名

      Developmental Dynamics

      巻: - 号: 9 ページ: 1-14

    • DOI

      10.1002/dvdy.698

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Developmental independence of median fins from the larval fin fold revises their evolutionary origin.2022

    • 著者名/発表者名
      Kazuhide Miyamoto, Koichi Kawakami, Koji Tamura, Gembu Abe
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: 22 号: 1 ページ: 7521-7521

    • DOI

      10.1038/s41598-022-11180-1

    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Morphological evolution and diversity of pectoral fin skeletons in teleosts2022

    • 著者名/発表者名
      Tanaka Yoshitaka、Miura Hiroki、Tamura Koji、Abe Gembu
    • 雑誌名

      Zoological Letters

      巻: 8 号: 1 ページ: 13-13

    • DOI

      10.1186/s40851-022-00198-y

    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] Understanding the evolutionary development mechanism of bilateral form of vertebrate appendages using twin-tail morphology2023

    • 著者名/発表者名
      Gembu Abe, Takuma Kasawaki, Haruka Matsubara, Kinya G. Ota, Takashi Takeuchi, Koji Tamura
    • 学会等名
      The 3rd AsiaEvo Conference
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Morphogenetic mechanism of the spiny ray in acanthomorpha fish and implication for the fin diversification.2023

    • 著者名/発表者名
      Kazuhide Miyamoto, Junpei Kuroda, Gembu Abe, Yasuyuki Sasano, Satomi Kamimura, Satoshi Ansai, Noriko Funayama, Koji Tamura
    • 学会等名
      The 3rd AsiaEvo Conference
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] ゼブラフィッシュ正中鰭に見られる棘条の祖先形質2023

    • 著者名/発表者名
      宮本知英、黒田純平、阿部玄武、田村宏治
    • 学会等名
      日本動物学会第94回山形大会
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] Unique bone morphogenesis of spiny ray in acanthomorpha fish2023

    • 著者名/発表者名
      宮本知英、黒田純平、阿部玄武、笹野泰之、上村了美、安齋賢、船山典子、近藤滋、田村宏治
    • 学会等名
      第56回 日本発生生物学会年会
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 魚類胸鰭特異的な構造形成時の細胞動態2023

    • 著者名/発表者名
      岡山舜、上坂将弘、阿部玄武、森下喜弘、田村宏治
    • 学会等名
      第46回日本分子生物学会年会
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] Quantitative analysis of cell behavior during the fin-specific developmental event by 3D time-lapse imaging at the single-cell level2023

    • 著者名/発表者名
      岡山舜、上坂将弘、森下喜弘、阿部玄武、田村宏治
    • 学会等名
      第56回 日本発生生物学会年会
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Analysis of the regenerative ability of the fin ray in deeper pectoral fin amputation in zebrafish.2023

    • 著者名/発表者名
      Daiki Okazaki, Keigo Yoshida, Haruka Matsubara, Koji Tamura, Takashi Takeuchi, Gembu ABE
    • 学会等名
      第56回 日本発生生物学会年会
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Twin-tail 形態を用いた付属肢有対化の進化発生メカニズムの解明2023

    • 著者名/発表者名
      阿部玄武, 笠脇拓真, 松原遼, 太田欽也, 竹内隆, 田村宏治
    • 学会等名
      日本動物学会 第94回大会 山形大会
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] 細胞動態の記載から考える真骨魚類の新たな正中ヒレ形成モデル2022

    • 著者名/発表者名
      宮本知英, 川上浩一, 田村宏治, 阿部玄武
    • 学会等名
      日本動物学会第93回早稲田大会
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [備考] 魚類ヒレの進化的起源に関する150年来の定説を覆す

    • URL

      https://www.tohoku.ac.jp/japanese/2022/05/press20220518-01-fin.html

    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書

URL: 

公開日: 2022-04-19   更新日: 2024-12-25  

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