カメの甲の新規形態パターンをもたらした発生機構の変化

2010 年度 実績報告書

• 研究領域: 複合適応形質進化の遺伝子基盤解明
• 研究課題/領域番号: 22128003
• 研究種目: 新学術領域研究(研究領域提案型)
• 研究機関: 独立行政法人理化学研究所
• 研究代表者: 倉谷 滋 独立行政法人理化学研究所, 形態進化研究グループ, グループディレクター (00178089)
• 研究分担者: 入江 直樹 独立行政法人理化学研究所, 形態進化研究グループ, 研究員 (10536121)
• キーワード: 進化発生学 / ゲノム科学 / 発生学 / 脊椎動物 / 進化

研究概要

カメ類特有の甲は、現生脊椎動物の中でも極めてユニークな形態学的パターンを持ち、この構造がどのような分子発生プログラムの進化的変更により成立したのかはいまだ明らかではない。そこで本研究プログラムにおいては、カメと同じ主竜類に属するニワトリ胚とスッポンPelodiscus sinensis胚の包括的分子発生プログラムの比較解析を行い、甲の発生にとって必要な肋骨の限局的発生、甲陵の発生と機能に関わる遺伝子発現の同定を通じ、その進化的変更の内容を明らかにすることを目的とする。本研究は包括的分子発生プログラムの比較解析が主軸となるが、非モデル生物とされてきたスッポンは解析の基本情報となるゲノム情報や遺伝子配列情報が決定的に不足している。そこで我々はスッポンゲノムプロジェクトを立ち上げ、今年度はまずスッポンのメス(性染色体Z/W)一個体のSurvey Map解析を行った。超並列シーケンサーにて計910億塩基以上のDNA配列決定とその解析を行ったところ、ゲノムサイズが約2.01Gb、GC含量が40～50%であることが推定された。また、GC含量とカバー率の散布図から一倍体DNA領域の存在が示唆され、スッポンがZ/Wの性染色体を持つことと良く一致する結果となった。さらに我々は、胚発生期において発現している遺伝子配列同定も行い、平均長1023bpのmRNA配列を28000以上得ることに成功した。これらゲノム及び遺伝子配列情報は、カメの甲の進化的起源を明らかにするうえで重要となるだけでなく、いまだ謎とされているカメの進化的系譜の解明や鳥類進化研究の基盤となることが期待される。またこれは、整備が遅れている爬虫類・鳥類ゲノム情報にとっても重要な一歩である。来年度以降は世界に先駆けてスッポンのドラフトゲノム配列決定を行い、ニワトリとの比較解析に耐える高精度のゲノム配列を得る予定である。

研究成果

• [雑誌論文] Comparative transcriptome analysis reveals vertebrate phylotypic period during organogenesis. (2011)
  • 著者名/発表者名: Irie, N., Kuratani, S.
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: (in press)
  • 査読あり
• [雑誌論文] Hepatocyte growth factor is crucial for development of the carapace in turtles. (2011)
  • 著者名/発表者名: Kawashima-Ohya, Y., Narita, Y., Nagashima, H., Usuda, R., Kuratani, S.
  • 雑誌名: Evolution and Development 巻: 13 ページ: 1-9
  • 査読あり
• [雑誌論文] Expression and interaction of muscle-related genes in the lamprey imply the evolutionary scenario for vertebrate skeletal muscle, in association with the acquisition of the neck and fins. (2011)
  • 著者名/発表者名: Kusakabe, R., Kuraku, S., Kuratani, S.
  • 雑誌名: Dev.Biol. 巻: 350 ページ: 217-227
  • 査読あり
• [雑誌論文] Evolutionary developmental perspective for the origin of the turtles : the folding theory for the shell based on the developmental nature of the carapacial ridge. (2011)
  • 著者名/発表者名: Kuratani, S., Kuraku, S., Nagashima, H.
  • 雑誌名: Evolution and Development 巻: 13 ページ: 1-14
  • 査読あり
• [雑誌論文] History of studies on mammalian middle ear evolution : A comparative morphological and developmental biology perspective. (2010)
  • 著者名/発表者名: Takechi, M., Kuratani, S.
  • 雑誌名: J.Exp.Zool.(Mol.Dev.Evol.) 巻: 314B ページ: 417-433
  • 査読あり
• [雑誌論文] Evolution of oropharyngeal patterning mechanisms involving Dlx and endothelins in vertebrates. (2010)
  • 著者名/発表者名: Kuraku, S., Takio, Y., Sugahara, F., Takechi, M., Kuratani, S.
  • 雑誌名: Developmental Biology 巻: 341 ページ: 315-323
  • 査読あり
• [雑誌論文] Mechanisms of heart development in the Japanese lamprey, Lethenteron japonicum. (2010)
  • 著者名/発表者名: Kokubo, N., Matsuura, M., Onimaru, K., Tiecke, E., Kuraku, S., Kuratani, S., Tanaka, M.
  • 雑誌名: Evolution and Development 巻: 12 ページ: 34-44
  • 査読あり
• [雑誌論文] 哺乳類における顎と中耳の発生と進化 (2010)
  • 著者名/発表者名: 武智正樹、倉谷滋
  • 雑誌名: エナメル質比較発生学懇話会記録 巻: 11 ページ: 26-44
• [雑誌論文] Development of lamprey mucocartilage and its dorsal-ventral patterning by endothelin signaling, with insight into vertebrate jaw evolution.
  • 著者名/発表者名: Yao, T., Ohtani, K., Kuratani, S., Wada, H.
  • 雑誌名: J.Exp.Zool.(Mol.Dev.Evol.) 巻: (in press)
  • 査読あり
• [雑誌論文] Involvement of the Hedgehog and FGF Signalling in the Lamprey telencephalon : Evolution of regionalization and D-V patterning of the vertebrate forebrain.
  • 著者名/発表者名: Sugahara, F., Aota, S., Kuraku, S., Murakami, Y., Takio-Ogawa, Y., Hirano, S., Kuratani, S.
  • 雑誌名: Development 巻: (in press)
  • 査読あり
• [学会発表] Testing phylotype hypothesis and structural insights of vertebrate embryogenesis (2010)
  • 著者名/発表者名: N.Irie
  • 学会等名: 日本分子生物学会
  • 発表場所: 神戸
  • 年月日: 2010-12-07
• [学会発表] Origins of the Turtle Body Plan (2010)
  • 著者名/発表者名: S.Kuratani
  • 学会等名: The EMBO Meeting 2010
  • 発表場所: Barcelona, Spain
  • 年月日: 2010-09-05
• [学会発表] Changes in gene regulations for evolutionary novelties in vertebrates (2010)
  • 著者名/発表者名: S.Kuratani
  • 学会等名: 日本進化学会第12回東京大会
  • 発表場所: Tokyo, Japan
  • 年月日: 2010-08-04
• [学会発表] Developmental background for craniofacial evolution and jaw acquisition in vertebrates (2010)
  • 著者名/発表者名: S.Kuratani
  • 学会等名: 9^<th> International Congress of Vertebrate Morphology (ICVM-9)
  • 発表場所: Punta del Este, Uruguay
  • 年月日: 2010-07-30
• [学会発表] Neural crest in cyclostomes and evolution of the vertebrate head (2010)
  • 著者名/発表者名: S.Kuratani
  • 学会等名: Europe Evolutionary Developmental Biology Meeting (EED)
  • 発表場所: Paris, France
  • 年月日: 2010-07-07
• [学会発表] Turtle Shell Development and Evolution (2010)
  • 著者名/発表者名: S.Kuratani
  • 学会等名: Euro Science Open Forum (ESOF)
  • 発表場所: Torino, Italy
  • 年月日: 2010-07-03
• [図書] Developmental bases for innovative evolution of the turtle shell. In : R.J.Asher, J.Muller (eds.), From Clone to Bone : the Synergy of Morphological and Molecular Tools in Paleobiology. (2011)
  • 著者名/発表者名: Kuratani, S., Nagashima, H.
  • 出版者: Cambridge University Press(in press)
• [備考] 複合適応形質進化の遺伝子基盤解明WEBSITE
  • URL: http://staff.aist.go.jp/t-fukatsu/SGJHome.html
• [備考] 理化学研究所・形態進化研究グループWEBSITE
  • URL: http://www.cdb.riken.jp/emo/japanese/indexj.html