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

2012 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) ; PASCUAL JUAN 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 (30594098)
• 研究期間 (年度): 2010-04-01 – 2015-03-31
• キーワード: 進化 / 発生 / ゲノム / バイオインフォマティクス / 脊椎動物 / カメ

研究実績の概要

脊椎動物の中でもカメの甲は解剖学的パターンの抜本的変化により成立している。この新規パターンの成立には発生プログラムの大幅な進化的変更が必要であったと想像されるが、未だその全容解明には至っていない。本研究では、カメドラフトゲノムの決定に加え、カメの甲の発生にとって必要な肋骨の特異な発生パターン、甲陵の発生と機能に関わる遺伝子発現の同定を通し、甲の進化発生的起源を明らかにすることを目的とする。
今年度は、我々が率いる国際カメゲノムコンソーシアムにより解読したスッポン（Pelodiscus sinensis）並びにアオウミガメのゲノム配列と予測（そして転写が検出）された遺伝子配列を情報基盤とし、さらなる解析を押し進めた。具体的な成果として、これまでコンセンサスが得られていなかった進化系統的位置に関して、我々の全ゲノムレベルでの分子遺伝学的解析により、カメはワニ・トリなどの主竜類と近縁であるという強固な結果を得た。
これを踏まえ、カメと比較的近縁なニワトリとの胚の包括的分子発生プログラムの比較解析を行ったところ、カメも脊椎動物ファイロタイプと呼ばれる脊椎動物にて保存された胚段階を経ることが判明した。これは、解剖学的パターンの抜本的変化を伴うカメであっても一旦脊椎動物の基本ボディプランを成立させてから特殊化するということを示しており、2011年に我々が報告・支持した発生砂時計モデルにカメも従うことを示している。さらにファイロタイプ後の胚段階にて、甲陵と呼ばれる背甲の末端部分に長年探されていたWnt遺伝子がみつかるなど、今後の解析の礎となる結果を得た。

現在までの達成度 (区分)

1: 当初の計画以上に進展している

理由

国際共同研究により、カメゲノム解読プロジェクトが予想以上のスピードで進展・終了したため、当初の計画以上に進展している。

今後の研究の推進方策

カメのゲノムデータとして、我々が決定した２種に加えて、別のグループよりもう一種、最近報告された。実験に用いるスッポンとは違った種ではあるものの、これら３種のゲノムデータを最大限活用しながら研究を押し進めることとする。

研究成果

• [雑誌論文] The draft genomes of soft-shell turtle and green sea turtle yield insights into the development and evolution of the turtle#8211;specific body plan (2013)
  • 著者名/発表者名: Wang, Z., Pasvual-Anaya, J., Zadissa, A., (Intl. Turtle Genomes Consortium middle authors), Kuratani, S., Yin, Y., Aken, B., Zhang, G., Irie, N.
  • 雑誌名: Nature Genet. 巻: in press ページ: in press
  • DOI: 10.1038/ng.2615
  • 査読あり
• [雑誌論文] A new scenario of the evolutionary derivation of the mammalian diaphragm from shoulder muscles (2013)
  • 著者名/発表者名: Hirasawa, T., Kuratani, S.
  • 雑誌名: J. Anat. 巻: 222(5) ページ: 504-517
  • DOI: 10.1111/joa.12037.
  • 査読あり
• [雑誌論文] Evolution of the regionalization and patterning of the vertebrate telencephalon: what can we learn from cyclostomes? (2013)
  • 著者名/発表者名: Sugahara, F., Murakami, Y., Adachi, N., Kuratani, S.
  • 雑誌名: Curr Opin Genet Dev. 巻: in press ページ: in press
  • DOI: 10.1016/j.gde.2013.02.008.
  • 査読あり
• [雑誌論文] Late Development of Hagfish Vertebral Elements. (2013)
  • 著者名/発表者名: Ota, K. G., Fujimoto, S., Oisi, Y., Kuratani, S.
  • 雑誌名: J Exp Zool B Mol Dev Evol. 巻: 320B ページ: 129-139
  • DOI: 10.1002/jez.b.22489
  • 査読あり
• [雑誌論文] The Dlx genes as clues to vertebrate genomics and craniofacial evolution. (2013)
  • 著者名/発表者名: Takechi, M., Adachi, N., Hirai, T., Kuratani, S., Kuraku, S.
  • 雑誌名: Semin Cell Dev Biol. 巻: 24(2) ページ: 110-118
  • DOI: 10.1016/j.semcdb.2012.12.010.
  • 査読あり
• [雑誌論文] Non-parsimonious evolution of hagfish Dlx genes. (2013)
  • 著者名/発表者名: Fujimoto, S., Oisi, Y., Kuraku, S., Ota, K.G., Kuratani, S.
  • 雑誌名: BMC Evol Biol. 巻: 13:15 ページ: -
  • DOI: 10.1186/1471-2148-13-15.
  • 査読あり
• [雑誌論文] The evolutionary origins of chordate hematopoiesis and vertebrate endothelia (2013)
  • 著者名/発表者名: Pascual-Anaya, J., Albuixech-Crespo, B., Somorjai, I. M., Carmona, R., Oisi, Y., Alvarez, S., Kuratani, S., Mu#241;oz-Ch#225;puli, R., Garcia-Fern#224;ndez, J.
  • 雑誌名: Dev Biol. 巻: 375(2) ページ: 182-192
  • DOI: 10.1016/j.ydbio.2012.11.015.
  • 査読あり
• [雑誌論文] Broken colinearity of the amphioxus Hox cluster (2013)
  • 著者名/発表者名: Pascual-Anaya, J., Adachi, N., Alvarez, S., Kuratani, S., D. Aniello, S., Garcia-Fern#224;ndez, J.
  • 雑誌名: Evodevo. 巻: 3(1) ページ: -
  • DOI: 10.1186/2041-9139-3-28
  • 査読あり
• [雑誌論文] Developmental and evolutionary significance of the mandibular arch and prechordal/premandibular cranium in vertebrates: revising the heterotopy scenario of gnathostome jaw evolution (2013)
  • 著者名/発表者名: Kuratani, S., Adachi, N., Wada, N., Oisi, Y. and Sugahara, F.
  • 雑誌名: J. Anat. 巻: 222(1) ページ: 41-55
  • DOI: 10.1111/j.1469-7580.2012.01505.x
  • 査読あり
• [雑誌論文] Craniofacial development of hagfishes and the evolution of vertebrates (2012)
  • 著者名/発表者名: Oisi, Y., Ota, K.G., Kuraku, S., Fujimoto, S., Kuratani, S.
  • 雑誌名: Nature 巻: 493(7431) ページ: 175-180
  • DOI: 10.1038/nature11794
  • 査読あり
• [雑誌論文] Development of head and trunk mesoderm in the dogfish, Scyliorhinus torazame: Ⅱ. Comparison of gene expression between the head mesoderm and somites with reference to the origin of the vertebrate head (2012)
  • 著者名/発表者名: Adachi, N., Takechi, M., Hirai, T. and Kuratani, S.
  • 雑誌名: Evol. Dev. 巻: 14 ページ: 257-276
  • DOI: 10.1111/j.1525-142X.2012.00543.x
  • 査読あり
• [雑誌論文] Development of head and trunk mesoderm in the dogfish, Scyliorhinus torazame: Ⅰ. embryology and morphology of the head cavities and related structures (2012)
  • 著者名/発表者名: Adachi, N. and Kuratani, S.
  • 雑誌名: Evol. Dev. 巻: 14 ページ: 234-256
  • DOI: 10.1111/j.1525-142X.2012.00542.x
  • 査読あり
• [雑誌論文] Evolution of the vertebrate jaw from developmental perspectives (2012)
  • 著者名/発表者名: Kuratani, S.
  • 雑誌名: Evol. Dev. 巻: 14 ページ: 76-92
  • DOI: 10.1111/j.1525-142X.2011.00523.x
  • 査読あり
• [学会発表] Turtle Genomes : Body Plan Evolution from Vertebrate Phylotype (2013)
  • 著者名/発表者名: Naoki Irie
  • 学会等名: Plant and Animal Genome Asia 2013-The international conference on the status of plant and animal genome research- （Work shop: de novo genome projects of exotic creatures）
  • 発表場所: Grand Copthorne Waterfront Hotel, Singapore
  • 年月日: 2013-03-17 – 2013-03-19
• [学会発表] What the Hourglass tells us about Vertebrate Development and Evolution (2013)
  • 著者名/発表者名: Naoki Irie
  • 学会等名: CDB Symposium 2013 “The Making of a Vertebrate”
  • 発表場所: RIKEN, Center for Developmental Biology, 兵庫県神戸市
  • 年月日: 2013-03-04 – 2013-03-06
  • 招待講演
• [学会発表] The Ancestral Pattern of Vertebrate Craniofacial Embryogenesis” (2013)
  • 著者名/発表者名: Shigeru Kuratani
  • 学会等名: CDB Symposium 2013 “The Making of a Vertebrate”
  • 発表場所: RIKEN, Center for Developmental Biology, 兵庫県神戸市
  • 年月日: 2013-03-04 – 2013-03-06
• [学会発表] 進化の歴史に縛られたカメのボディプラン (2013)
  • 著者名/発表者名: 入江 直樹
  • 学会等名: 生命情報科学若手の会第4回研究会
  • 発表場所: 岡崎コンファレンスセンター、愛知県岡崎市
  • 年月日: 2013-03-01 – 2013-03-03
• [学会発表] Flexibility in early developmental system? Quantification of evolutionary distance between embryos (2013)
  • 著者名/発表者名: Naoki Irie
  • 学会等名: First Annual Winter q-bio Meeting
  • 発表場所: Hilton Hawaiian Village Waikiki Beach Resort, Honolulu, Hawaii,USA
  • 年月日: 2013-02-18 – 2013-02-21
• [学会発表] Toward integration of ontogeny and phylogeny of vertebrates (2013)
  • 著者名/発表者名: Naoki Irie
  • 学会等名: （独）日本学術振興会本研究連絡センター主催コロキウム 第9回日独コロキウム「細胞生化学」
  • 発表場所: Karlsruhe Institute of Technology(KIT), Karlsruhe, Germany
  • 年月日: 2013-01-28 – 2013-01-31
  • 招待講演
• [学会発表] How evolution and Animal Development are Related to each other? (2012)
  • 著者名/発表者名: Z., Wang, A., Juan-Pascual, A., Zadissa, W., Li, Y., Niimura, Joint Turtles genome consortium middle authors, S., Kuratani, Y., Ye, B., Aken, G., Zhang, ○N., Irie
  • 学会等名: 第35回日本分子生物学会年会 ワークショップ
  • 発表場所: 福岡国際会議場、福岡県福岡市
  • 年月日: 2012-12-11 – 2012-12-14
• [学会発表] Re-formulating the Relationship Between Evolution and Development (2012)
  • 著者名/発表者名: Naoki Irie
  • 学会等名: The 7th International Conference on Genomics Bio-IT APAC2012
  • 発表場所: Kowloon Shangri-La, Hong Kong, China
  • 年月日: 2012-11-28 – 2012-12-01
  • 招待講演
• [学会発表] Hopehul monster tackles the developmental hourglass model (2012)
  • 著者名/発表者名: Naoki Irie
  • 学会等名: Asia-Pacific Developmental Biology Conference 2012 Satellite Meeting on Evo-Devo
  • 発表場所: Taipei Innovation City Convention Center, Taipei, Taiwan.
  • 年月日: 2012-10-05 – 2012-10-08
• [学会発表] 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 (2012)
  • 著者名/発表者名: 倉谷 滋
  • 学会等名: 文部科学省科学研究費 新学術領域研究 「複合適応形質進化の遺伝子基盤解明」平成24年度 公開シンポジウム
  • 発表場所: 東京大学 弥生講堂「一条ホール」東京都
  • 年月日: 2012-09-26 – 2012-09-26
• [学会発表] 個体発生と系統発生が示す新たな謎 (2012)
  • 著者名/発表者名: 入江 直樹
  • 学会等名: 第24回高遠シンポジウム－生命の制御系の進化を探る-
  • 発表場所: 高遠さくらホテル 長野県伊那市
  • 年月日: 2012-08-23 – 2012-08-24
  • 招待講演
• [学会発表] カメの起源：胚発生、ゲノム、そして化石の示す進化シナリオ (2012)
  • 著者名/発表者名: ○倉谷 滋、入江 直樹、工樂 樹洋、長島 寛、Juan Pascual Anaya, 川嶋-大宅芳枝、平沢達矢
  • 学会等名: 日本進化学会第14回東京大会
  • 発表場所: 首都大学東京 東京都八王子市
  • 年月日: 2012-08-21 – 2012-08-24
  • 招待講演
• [学会発表] 新規脊椎動物ゲノム道程とRNAseqによる遺伝子発現プロファイル比較 (2012)
  • 著者名/発表者名: 入江 直樹
  • 学会等名: CiRA Genome epigenome and Bioinformatics Seminar Series presents 「次世代シーケンシングが切り開く医学研究と展望」
  • 発表場所: 京都大学iPS細胞研究所 京都府京都市
  • 年月日: 2012-07-31 – 2012-07-31
  • 招待講演
• [学会発表] Developmental understanding of the turtle shell - generation of evolutionarily novel patterns in vertebrates (2012)
  • 著者名/発表者名: Shigeru Kuratani
  • 学会等名: The fourth meeting of the European Society for Evolutionary Developmental Biology (EED)
  • 発表場所: Faculty of Sciences of the University of Lisbon, Lisbon, Portugal.
  • 年月日: 2012-07-10 – 2012-07-13
  • 招待講演
• [学会発表] Experimental verification of the developmental hourglass model (2012)
  • 著者名/発表者名: Naoki Irie
  • 学会等名: The fourth meeting of the European Society for Evolutionary Developmental Biology (EED)
  • 発表場所: Faculty of Sciences of the University of Lisbon, Lisbon, Portugal
  • 年月日: 2012-07-10 – 2012-07-13
• [学会発表] 進化と発生の関係性再定式化にむけて (2012)
  • 著者名/発表者名: 入江 直樹
  • 学会等名: Genomic Sciences Research Complex (GSC) 七夕ミーティング2012
  • 発表場所: 理化学研究所 横浜研究所、神奈川県横浜市
  • 年月日: 2012-07-06 – 2012-07-06
• [学会発表] 大量情報解析技術で挑む進化発生学の古典問題 (2012)
  • 著者名/発表者名: 入江 直樹
  • 学会等名: NAIST植物グローバル教育プロジェクト 平成24年度ワークショップ「実験生物学と情報学的アプローチのシームレスな融合
  • 発表場所: 奈良先端科学技術大学院大学 奈良県生駒市
  • 年月日: 2012-06-13 – 2012-06-13
  • 招待講演
• [学会発表] Evolution of the turtle shell from developmental perspectives (2012)
  • 著者名/発表者名: Shigeru Kuratani
  • 学会等名: 第45回日本発生生物学会・第64回日本細胞生物学会合同大会
  • 発表場所: 神戸国際会議場 兵庫県神戸市
  • 年月日: 2012-05-28 – 2012-05-31
  • 招待講演
• [学会発表] 進化と発生の統合的理解を目指す (2012)
  • 著者名/発表者名: 入江 直樹
  • 学会等名: NGS現場の会 第２回研究会
  • 発表場所: ホテル阪急エキスポパーク 大阪府吹田市
  • 年月日: 2012-05-24 – 2012-05-25
• [学会発表] Development of hagfish, Eptatretus burgeri, and origin of the vertebrate head I (2012)
  • 著者名/発表者名: Shigeru Kuratani
  • 学会等名: VI International Meeting of the Latin American Society for Developmental Biology
  • 発表場所: Radisson Victoria Plaza Hotel, Montevideo, Uruguay
  • 年月日: 2012-04-26 – 2012-04-29
  • 招待講演
• [学会発表] Evolution of the turtle shell viewed from a developmental perspective (2012)
  • 著者名/発表者名: Shigeru Kuratani
  • 学会等名: XIV UNESCO CHAIR ON DEVELOPMENTAL BIOLOGY FIRST INTERNATIONAL COURSE NESCO/UFRJ/LASDB2012
  • 発表場所: Federal University of Rio de Janeiro, Brazil
  • 年月日: 2012-04-23 – 2012-04-25
  • 招待講演
• [学会発表] Craniofacial evolution in vertebrates from developmental perspectives (2012)
  • 著者名/発表者名: Shigeru Kuratani
  • 学会等名: Temasek Life Sciences Laboratory Seminar
  • 発表場所: National University of Singapore, Singapore
  • 年月日: 2012-04-05 – 2012-04-05
  • 招待講演
• [図書] Morphology and Evolution of Turtles（Origin of the turtle body plan: The folding theory to illustrate turtle-specific developmental repatterning） (2012)
  • 著者名/発表者名: Nagashima, H., Kuraku, S., Uchida, K., Kawashima-Ohya, Y., Narita, Y., and Kuratani, S.
  • 総ページ数: 37-50
  • 出版者: Springer
• [図書] 進化学事典 (2012)
  • 著者名/発表者名: 倉谷 滋（編集・執筆担当）
  • 総ページ数: 975
  • 出版者: 共立出版
• [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