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ネッタイツメガエル胚発生における遺伝子制御ネットワークの揺らぎと進化

公募研究

研究領域進化の制約と方向性 ~微生物から多細胞生物までを貫く表現型進化原理の解明~
研究課題/領域番号 20H04875
研究種目

新学術領域研究(研究領域提案型)

配分区分補助金
審査区分 生物系
研究機関国立研究開発法人理化学研究所

研究代表者

安岡 有理  国立研究開発法人理化学研究所, 生命医科学研究センター, 研究員 (70724954)

研究期間 (年度) 2020-11-19 – 2022-03-31
研究課題ステータス 完了 (2021年度)
配分額 *注記
10,270千円 (直接経費: 7,900千円、間接経費: 2,370千円)
2021年度: 5,330千円 (直接経費: 4,100千円、間接経費: 1,230千円)
2020年度: 4,940千円 (直接経費: 3,800千円、間接経費: 1,140千円)
キーワード進化 / 発生 / ゲノミクス / 遺伝子発現制御 / 網羅的遺伝子発現解析 / 多型解析 / Otx2 / 頭部形成 / 1細胞解析 / 1細胞解析
研究開始時の研究の概要

多細胞生物ボディプランの進化をもたらす大きな原動力の一つは、胚発生期における遺伝子発現パターンの変動、すなわち遺伝子制御ネットワーク(GRN)の改変である。本研究では、GRNの進化の制約と方向性を定量的・理論的に導き出すことを目的に、GRNの種ごと・個体ごとのばらつき(=「揺らぎ」)に着目した解析を行う。実験にはネッタイツメガエルを用い、発生学実験とゲノミクス解析を駆使して、GRNの揺らぎを定量化する。そこから進化との関連性を探るため、GRNの揺らぎを細胞間・個体間・系統間・種間・遺伝子間・発生ステージ間といった様々な階層で比較し、GRNの進化しやすさを規定する分子基盤を明らかにする。

研究実績の概要

二種類のネッタイツメガエル近交系統(ナイジェリア系統とコートジボワール系統)を用いて、初期原腸胚の1胚RNA-seq解析を行い、5つの兄弟胚間での発現量のばらつき(≒揺らぎ)を定量化した。同様の解析を各系統で独立に5回行ったところ、兄弟胚間の揺らぎが、同一系統の異なる実験群間および系統間の遺伝子発現変動と有意な相関関係があることを見出した。この結果は、発現の揺らぎの大きさと、環境応答・進化応答の大きさに相関があることを意味している。発現の揺らぎが大きい遺伝子群には、自然免疫関連遺伝子や発生制御遺伝子が含まれており、これらの遺伝子が環境応答や胚発生の頑健性に関与している可能性が示された。
さらに、脊椎動物初期胚の頭部形成を担う転写因子Otx2/5をノックダウンした胚のRNA-seq解析も行った。Otx2/5ノックダウン胚とコントロール胚の間で発現変動する遺伝子を調べたところ、Otx2/5下流で働く転写因子の発現変動パターンが、実験群間で大きく変動することが示された。この結果は、頭部形成におけるOtx2/5下流の遺伝子制御ネットワークが種内でも多様性を持っており、進化の土壌となっていることを示唆している。
現在、異なる発生ステージ(初期原腸胚、後期原腸胚、神経胚、咽頭胚、オタマジャクシ幼生)での同様の1胚RNA-seq解析、RNA-seqの技術誤差を測定するためのプール―アリコートRNA-seq解析、親ガエルの全ゲノムシークエンスデータとの統合解析を進めており、既存の遺伝子発現制御領域のデータと関連付けて、遺伝子発現の揺らぎをもたらす仕組みと、遺伝子制御ネットワークの進化との関係性を明らかにしようとしている。

現在までの達成度 (段落)

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2021 実績報告書
  • 2020 実績報告書
  • 研究成果

    (15件)

すべて 2022 2021 2020 その他

すべて 雑誌論文 (2件) (うち国際共著 1件、 査読あり 1件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (10件) (うち国際学会 1件、 招待講演 3件) 図書 (1件) 備考 (2件)

  • [雑誌論文] Uncovering the mesendoderm gene regulatory network through multi-omic data integration2022

    • 著者名/発表者名
      Jansen Camden、Paraiso Kitt D.、Zhou Jeff J.、Blitz Ira L.、Fish Margaret B.、Charney Rebekah M.、Cho Jin Sun、Yasuoka Yuuri、Sudou Norihiro、Bright Ann Rose、Wlizla Marcin、Veenstra Gert Jan C.、Taira Masanori、Zorn Aaron M.、Mortazavi Ali、Cho Ken W.Y.
    • 雑誌名

      Cell Reports

      巻: 38 号: 7 ページ: 110364-110364

    • DOI

      10.1016/j.celrep.2022.110364

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] LIM homeodomain proteins and associated partners: Then and now2021

    • 著者名/発表者名
      Yasuoka Yuuri、Taira Masanori
    • 雑誌名

      Current Topics in Developmental Biology

      巻: 145 ページ: 113-166

    • DOI

      10.1016/bs.ctdb.2021.04.003

    • ISBN
      9780128168332
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] Comparing fluctuation of gene expression profiles in embryos to dissect diversification of Xenopus tropicalis strains2021

    • 著者名/発表者名
      Yuuri Yasuoka
    • 学会等名
      18th International Xenopus Conference
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 遺伝子発現の多様性から制御ネットワーク進化の制約と方向性を探る2021

    • 著者名/発表者名
      安岡有理、古澤力、岡﨑康司
    • 学会等名
      JST CREST バイオDX領域キックオフシンポジウム
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] ツメガエルを用いたミトコンドリアゲノム編集への挑戦~序章~2021

    • 著者名/発表者名
      安岡有理、岡﨑康司
    • 学会等名
      日本動物学会第94回大会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] 脊索の祖先的構成要素と形態形成様式の進化2021

    • 著者名/発表者名
      安岡有理
    • 学会等名
      第23回日本進化学会年会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] シロアゴガエルと疑似ロングリードシークエンス2021

    • 著者名/発表者名
      安岡有理
    • 学会等名
      第14回日本ツメガエル研究集会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] Evolutionary History of GLIS1 and GLIS3 Illuminates Their Roles in Cell Reprograming and Ciliogenesis2021

    • 著者名/発表者名
      Yuuri Yasuoka, Masahito Matsumoto, Ken Yagi, and Yasushi Okazaki
    • 学会等名
      第54回日本発生生物学会年会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] Repeated subfunctionalization of Brachyury genes for notochord development (脊索の発生におけるBrachyury遺伝子の機能分担)2020

    • 著者名/発表者名
      安岡有理
    • 学会等名
      日本進化学会第22回オンライン大会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 初期化因子GLIS1の進化的起源と祖先的役割2020

    • 著者名/発表者名
      安岡有理, 松本征仁, 八木研, 岡﨑康司
    • 学会等名
      日本動物学会第91回大会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Genome-wide Measurement for Fluctuation of Gene Regulatory Networks in Xenopus embryos2020

    • 著者名/発表者名
      Yuuri Yasuoka
    • 学会等名
      JSDB Online Trial Meeting 2020
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] Genome-wide Measurement for Fluctuation of Gene Regulatory Networks in Xenopus embryos2020

    • 著者名/発表者名
      Yuuri Yasuoka
    • 学会等名
      第53回日本発生生物学会年会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [図書] ヒトゲノム事典2021

    • 著者名/発表者名
      井ノ上 逸朗, 今西 規, 河村 正二, 斎藤 成也, 颯田 葉子, 田嶋 敦
    • 総ページ数
      448
    • 出版者
      一色出版
    • ISBN
      9784910389127
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [備考] research map

    • URL

      https://researchmap.jp/yuuri/research_projects

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [備考] 応用ゲノム解析技術研究チーム

    • URL

      https://www.ims.riken.jp/labo/69/index_j.html

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書

URL: 

公開日: 2020-11-30   更新日: 2022-12-28  

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