| 研究課題/領域番号 |
23K23942
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| 補助金の研究課題番号 |
22H02679 (2022-2023)
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| 研究種目 |
基盤研究(B)
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| 配分区分 | 基金 (2024)
補助金 (2022-2023) |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分45020:進化生物学関連
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| 研究機関 | 長浜バイオ大学 (2023-2024)
生理学研究所 (2022) |
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研究代表者 |
齋藤 茂 長浜バイオ大学, バイオサイエンス学部, 准教授 (50422069)
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| 研究分担者 |
野澤 昌文 東京都立大学, 理学研究科, 准教授 (50623534)
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| 研究期間 (年度) |
2024-04-01 – 2026-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2024年度)
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| 配分額 *注記 |
17,550千円 (直接経費: 13,500千円、間接経費: 4,050千円)
2024年度: 3,380千円 (直接経費: 2,600千円、間接経費: 780千円)
2023年度: 5,850千円 (直接経費: 4,500千円、間接経費: 1,350千円)
2022年度: 8,320千円 (直接経費: 6,400千円、間接経費: 1,920千円)
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| キーワード | 忌避行動 / 温度受容体 / TRPチャネル / 無尾両生類 / 祖先配列復元 / 遺伝子破壊 / 温度応答行動 / 環境適応 / 温度センサー分子 / 両生類 / ゲノム編集 / 温度感受性TRPチャネル / 高温忌避 / 高温耐性 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
本研究では繁殖時期や産卵する水場環境が異なる両生類種の幼生（オタマジャクシ）を用い、温度応答行動や温度耐性を比較する。また、行動応答に欠かせない温度感覚のセンサー分子の機能特性の種間比較も行う。更に、ゲノム編集により温度センサー分子を破壊した個体を用いた行動解析を行い、個体レベルの行動応答に温度センサー分子が関与するかを検証する。また、飼育温度依存的な幼生の温度応答行動の変化に関与する遺伝子の同定も試みる。これらの解析により、生息地の環境に連動した温度応答行動の進化機構を分子レベルで解明することを目指す。
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| 研究実績の概要 |
高温センサー遺伝子の機能変化が無尾両生類の温度応答行動を変化させ得るかを調査するため、モデル生物であるネッタイツメガエルを用い、TRPA1またはTRPV1を破壊した系統を作出し、行動解析を行っている。昨年度はTRPA1遺伝子破壊系統を用いた行動解析を実施したため、本年度はTRPV1遺伝子破壊系統を用いた解析を進めた。まず、TRPV1のアゴニストであるカプサイシンを幼体に作用させた際の逃避行動（跳躍行動）を観察したところ、TRPV1遺伝子破壊個体は野生型個体に比べ、カプサイシンに対する跳躍行動が減弱する傾向が認められ、実際に機能が失われていることが確認された。次に、水温を徐々に上昇させた際の幼体の跳躍行動を観察したところ、TRPV1遺伝子破壊個体で野生型個体に比べ跳躍行動が減弱する傾向が認められ、個体の高温忌避行動に関与する可能性が示された。前年度のTRPA1遺伝子破壊系統を用いた解析においても幼体の高温忌避行動が野生型系統に比べて減弱する傾向が観察されたことから、両遺伝子が高温忌避行動に関与していると考えられる。
これまでの研究で、リュウキュウカジカガエル幼生の忌避温度が飼育温度依存的に変化することを明らかにしている。この忌避行動の可塑性に関わる遺伝子を同定するため、異なる温度で飼育した本種の幼生を用い、行動解析を行った後に、total RNAを抽出し、次世代シーケンサーにより転写産物の塩基配列を網羅的に決定する実験を行った。
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| 現在までの達成度 |
現在までの達成度
3: やや遅れている
理由
1）高温センサーの機能変化を生み出す分子基盤の解明。前年度に、リュウキュウカジカガエル進化系統で高温活性が著しく減弱したことを実証的に示すことができたが、TRPA1の高温活性が減弱したアミノ酸置換を同定するための実験は未だ実施できていない。
2）高温センサー遺伝子破壊ツメガエルを用いた行動解析。ネッタイツメガエルのTRPV1遺伝子破壊系統を使った解析において幼体の高温に対する跳躍行動が減弱する傾向が認められたが、観察個体数が少ないためデータを追加する必要がある。
3）長期的な高温耐性と忌避温度の関連性。前年度に研究を実施し、本研究で対象にしている5種の無尾両生類について結果を得ている。
4）忌避行動の可塑性を生み出す分子基盤。異なる温度で飼育したリュウキュウカジカガエル幼生を用い、RNA-seqにより網羅的に転写産物の塩基配列を決定する実験は完了した。現在、データ解析を進めている。
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| 今後の研究の推進方策 |
4つの研究計画のなかで、3）長期的な高温耐性と忌避温度の関連性に関しては実験が完了しているため、残りの3つの計画を並行して進めていく。
1）高温センサーの機能変化を生み出す分子基盤の解明。リュウキュウカジカガエルの系統で生じたアミノ酸置換を祖先TRPA1に導入したチャネルを作成し、温度応答特性を調べることにより、高温活性の減弱に関与したアミノ酸を特定する。次に、AlphaFoldによりTRPA1の立体構造を推定し、原因となったアミノ酸置換がどのような構造変化を引き起こすかを推測し、環境適応に関連したTRPA1の機能変化の構造基盤の解明を目指す。
2）高温センサー遺伝子破壊ツメガエルを用いた行動解析。これまでTRPV1またはTRPA1の遺伝子破壊個体の高温忌避行動が減弱することを示唆する結果を得ている。今後、両遺伝子を破壊した系統を用い、高温忌避行動が単独の遺伝子を破壊した個体よりも大きく減弱するかの調査を行う。また、幼生を用い、温度選択性を調べる行動実験も行い、TRPA1やTRPV1が忌避行動に関与しているかを調べる。
4）忌避行動の可塑性を生み出す分子基盤。次世代シーケンサーで決定した塩基配列データの解析を進め、個体の忌避行動の強さと相関して発現量が変化する遺伝子を探索する。発現量が変動した遺伝子を同定し、忌避行動に関連する可能性があるかを先行研究の情報と照らし合わせて検討する。
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