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

2014 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, 倉谷形態進化研究室, 主任研究員 (00178089)
• 研究分担者: 入江 直樹 東京大学, 理学(系)研究科(研究院), 准教授 (10536121)
• 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

本研究では、形態進化の中で新規形質が獲得される過程の極端な一例としてカメの甲の進化に注目し、この新規形質の獲得を導いた発生プログラムの変化を明らかにすることを目指した。本研究でこれまでに解読したゲノム配列をもとにした遺伝子発現情報の解析により、胚発生過程ではまず脊椎動物のボディプランが成立し、その後カメ独自の発生過程により甲を備えた形態パターンが生じることが分かっていた。一方、2013年度から2014年度にかけて複数種のカメと他の羊膜類の胚発生を比較したところ、甲稜と呼ばれる背側体壁の側方への突出が生じるまでの過程の中に、カメの甲の新規形態パターンの獲得を導いた発生機構の変化が生じたことが示唆された。同時に、詳細に遺伝子発現パターンを観察し、他の羊膜類では腹側体壁で発現するWnt5aがカメでは甲稜予定領域で甲稜の形成に先んじて発現することを発見した。これをふまえて対象とする発生ステージを絞り、スッポン胚における甲稜と他の組織の間、およびスッポン胚と他の羊膜類（ニワトリ）の胚における各組織間において、RNA-seqによる比較トランスクリプトーム解析を進め、甲の発生を司る遺伝子制御ネットワークに含まれる候補分子を探した。結果、ニワトリ胚の背側体壁と比べてスッポン胚の甲稜で、Wnt経路、細胞移動，細胞間コミュニケーションに関与する遺伝子の発現上昇が検出された。Wntリガンド受容体としては、唯一、古典的Wnt経路に含まれるFzd10の発現上昇が甲稜で認められた。だが、上述のWnt5aは非古典的Wnt経路に関わる遺伝子であり、Fzd10と結合することはこれまで知られていない。したがって、甲の初期進化で生じた発生プログラムの変化の本質は、単純なWnt5aの異所的発現だけでなく、Wnt5aやFzd10を含む遺伝子制御ネットワークの再配線もともなっていた可能性が考えられる。

現在までの達成度 (段落)

26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

26年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [雑誌論文] Independent origins of tympanic membranes and middle ears in amniotes. (2015)
  • 著者名/発表者名: Kitazawa, T., Takechi, M., Hirasawa, T., Hirai, T., Narboux-Nême, N., Kume, H., Oikawa, S., Maeda, K., Miyagawa-Tomita, S., Kurihara, Y., Hitomi, J., Levi, G., Kuratani, S., and Hiroki Kurihara, H
  • 雑誌名: Nat. Comm. 巻: 6 ページ: 6917
  • DOI: 10.1038/ncomms7917
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Comparative analysis of pleurodiran and cryptodiran turtle embryos depicts the molecular ground pattern of the turtle carapacial ridge. (2015)
  • 著者名/発表者名: Pascual-Anaya, J., Hirasawa, T, Sato, I., Kuraku, S., and Kuratani, S.
  • 雑誌名: Int. J. Dev. Biol. 巻: in press ページ: in press
  • DOI: in press
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] On the homology of the shoulder girdle in turtles. (2015)
  • 著者名/発表者名: Nagashima, H., Sugahara, F., Takechi, M., Sato, N., and Kuratani, S.
  • 雑誌名: J. Exp. Zool. (Mol. Dev. Evol.). 巻: 324 ページ: 244-254
  • DOI: 10.1002/jez.b.22584
  • 査読あり
• [雑誌論文] The evolutionary origin of the turtle shell grounded on the axial arrest of the embryonic rib cage. (2015)
  • 著者名/発表者名: Hirasawa, T., Pascual-Anaya, J., Kamezaki, N., Taniguchi, N., Mine, K., and Kuratani, S.
  • 雑誌名: J. Exp. Zool. (Mol. Dev. Evol. 巻: 324 ページ: 194-207
  • DOI: 10.1002/jez.b.22579
  • 査読あり
• [雑誌論文] On the peculiar morphology and development of the hypoglossal, glossopharyngeal and vagus nerves and hypobranchial muscles in the hagfish. (2015)
  • 著者名/発表者名: Oisi, Y., Fujimoto, S., Ota, K. G., and Kuratani, S.
  • 雑誌名: Zool. Lett. 巻: 1:6 ページ: 1-15
  • DOI: 10.1186/s40851-014-0005-9
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Eolution of the vertebrate skeleton - morphology, embryology and development. (2015)
  • 著者名/発表者名: Hirasawa, T., and Kuratani, S.
  • 雑誌名: Zool. Lett. 巻: 1:2 ページ: 1-17
  • DOI: 10.1186/s40851-014-0007-7
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Turtle ghrelin. (2014)
  • 著者名/発表者名: Juan Pascual-Anaya, Amonida Zaddissa, Bronwen Aken, Guojie Zhang and Naoki Irie
  • 雑誌名: Nature Genetics 巻: 46 ページ: 526
  • DOI: 10.1038/ng.2988
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Development of the thalamo-DVR tract in the Chinese soft-shelled turtle Pelodiscus sinensis. (2014)
  • 著者名/発表者名: Tosa, Y., Hirao, A., Matsubara, I., Kawaguchi, M., Nagashima, H., Kuratani, S., and Murakami, Y.
  • 雑誌名: Dev. Growth Diff. 巻: 57 ページ: 40-57
  • DOI: 10.1111/dgd.12186
  • 査読あり
• [雑誌論文] Evolutional and developmental understanding of the spinal accessory nerve. (2014)
  • 著者名/発表者名: Tada, M., and Kuratani, S.
  • 雑誌名: Zool. Lett. 巻: 1:4 ページ: 1-13
  • DOI: 10.1186/s40851-014-0006-8
• [雑誌論文] Three crocodilian genomes reveal ancestral patterns of evolution among archosaurs. (2014)
  • 著者名/発表者名: Richard E. et al.(著者55人中45番目）
  • 雑誌名: Science 巻: 12 ページ: 1254449
  • DOI: 10.1126/science.1254449
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] The developmental hourglass model: a predictor of the basic body plan? (2014)
  • 著者名/発表者名: Irie, N., and Kuratani, S.
  • 雑誌名: Development 巻: 141 ページ: 4649-4655
  • DOI: 1242/dev.107318
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Evolutionary origin of vertebrate head: The problem of head segmentation in vertebrates. (2014)
  • 著者名/発表者名: Onai, T., Irie, N., and Kuratani, S.
  • 雑誌名: Ann. Rev. Genom. & Human Genet. 巻: 15 ページ: 443-459
  • DOI: 10.1146/annurev-genom-091212-153404
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] The origin of developmental mechanisms underlying vertebral elements: implications from hagfish EvoDevo. (2014)
  • 著者名/発表者名: Ota, K. G., Oisi, Y., Fujimoto, S., and Kuratani, S.
  • 雑誌名: Zoology 巻: 117 ページ: 77-80
  • DOI: 10.1016/j.zool.2013.10.010
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] On the maxillary nerve. (2014)
  • 著者名/発表者名: Higashiyama, H., and Kuratani, S.
  • 雑誌名: J. Morphol. 巻: 275 ページ: 17-38
  • DOI: 10.1002/jmor.20193
  • 査読あり
• [学会発表] In search for more ancestral embryos (2015)
  • 著者名/発表者名: Ｎａｏｋｉ Ｉｒｉｅ
  • 学会等名: ＣＤＢ Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ2015 Ｔｉｍｅ ｉｎ Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ
  • 発表場所: Kobe, Japan
  • 年月日: 2015-03-25 – 2015-03-25
  • 招待講演
• [学会発表] Evolution of the turtle shell: insights from developmental paleontological and genomic perspectives (2015)
  • 著者名/発表者名: 倉谷 滋
  • 学会等名: 第120回日本解剖学会総会・全国学術集会 第92回日本生理学会大会 合同大会 The 120th Meeting of the Japanese Association of Anatomists, The 92nd Annual Meeting of the Physiological Society of Japan
  • 発表場所: 神戸市
  • 年月日: 2015-03-22 – 2015-03-22
  • 招待講演
• [学会発表] Is the hourglass model, unified theory of Evo-Devo? (2014)
  • 著者名/発表者名: Naoki Irie
  • 学会等名: OIST Winter Course "Evolution of Complex Systems"
  • 発表場所: Ｏｋｉｎａｗａ， Ｊａｐａｎ
  • 年月日: 2014-12-12 – 2014-12-12
  • 招待講演
• [学会発表] 動物進化と個体発生の統合的理解に向けて (2014)
  • 著者名/発表者名: 入江 直樹
  • 学会等名: 第39回日本分子生物学会年会
  • 発表場所: 横浜市
  • 年月日: 2014-11-26 – 2014-11-26
• [学会発表] Evolutionary meanings of fish-like stages in our embryogenesis. (2014)
  • 著者名/発表者名: Naoki Irie
  • 学会等名: Japan-Chile JSPS symposium "Genomic and epigenomic insights into vertebrate regeneration, development and evolution - Xenopus and fish as models"
  • 発表場所: Santiago, Chile
  • 年月日: 2014-11-04 – 2014-11-04
• [学会発表] Evolutionary origin of turtles from developmental paleontological and genomic perspectives (2014)
  • 著者名/発表者名: Shigeru Kuratani
  • 学会等名: JSPS China-Japan Scientific Cooperation Program “China-Japan-Korea Joint Symposium on Developmental Biology
  • 発表場所: Beijing, China
  • 年月日: 2014-10-22 – 2014-10-22
  • 招待講演
• [学会発表] Easily changed early embryogenesis? (2014)
  • 著者名/発表者名: Naoki Irie
  • 学会等名: X Meeting of the Spanish Society for Developmental Biology
  • 発表場所: Seville, Spain
  • 年月日: 2014-10-14 – 2014-10-14
• [学会発表] 大規模トランスクリプトームから挑む進化発生学の古典問題 (2014)
  • 著者名/発表者名: 入江 直樹
  • 学会等名: 日本遺伝学会第86回大会
  • 発表場所: 長浜市
  • 年月日: 2014-09-16 – 2014-09-16
  • 招待講演
• [学会発表] Embryology of the hagfish and early evolution of vertebrates (2014)
  • 著者名/発表者名: Kuratani Shigeru, Ohta Kinya G, Oisi Yasuhiro
  • 学会等名: The fifth meeting of the European Society for Evolutionary Developmental Biology (EED)
  • 発表場所: Vienna, Austria
  • 年月日: 2014-07-25 – 2014-07-25
  • 招待講演
• [学会発表] Remaining questions of the developmental hourglass model (2014)
  • 著者名/発表者名: Naoki Irie
  • 学会等名: The fifth meeting of the European Society for Evolutionary Developmental Biology (EED)
  • 発表場所: Vienna, Austria
  • 年月日: 2014-07-24 – 2014-07-24
• [学会発表] 祖先の姿を反映した発生期?EvoDevの古典問題と生命情報解析 (2014)
  • 著者名/発表者名: 入江 直樹
  • 学会等名: 遺伝研研究集会「ゲノム編集時代の分子進化」
  • 発表場所: 三島市
  • 年月日: 2014-06-28 – 2014-06-28
  • 招待講演
• [図書] 形態学 形づくりにみる動物進化のシナリオ (2015)
  • 著者名/発表者名: 倉谷 滋
  • 総ページ数: 211
  • 出版者: 丸善出版
• [図書] In Situ Hybridization Methods, Neuromethods, vol. 99 (2015)
  • 著者名/発表者名: Sugahara, F., Murakami, Y., and Kuratani, S.
  • 総ページ数: 16
  • 出版者: Ｓｐｒｉｎｇｅｒ Ｐｒｏｔｏｃｏｌｓ， Ｈｕｍａｎａ Ｐｒｅｓｓ
• [図書] In Situ Hybridization Methods, Neuromethods, vol. 99 (2015)
  • 著者名/発表者名: Oisi, Y., Kakitani, O., Kuratani, S., and Ota, K. G.
  • 総ページ数: 14
  • 出版者: Ｓｐｒｉｎｇｅｒ Ｐｒｏｔｏｃｏｌｓ， Ｈｕｍａｎａ Ｐｒｅｓｓ
• [図書] New Principles in Developmental Processes (2014)
  • 著者名/発表者名: Irie, N., Nagashima, H., Kuratani, S
  • 総ページ数: 12
  • 出版者: Springer Japan
• [図書] 細胞工学 2014年 １月号 特集号 (2014)
  • 著者名/発表者名: 入江 直樹
  • 総ページ数: 5
  • 出版者: 秀潤社
• [備考] 複合適応形質進化の遺伝子基盤解明
  • URL: https://staff.aist.go.jp/t-fukatsu/SGJHome.html
• [備考] 理化学研究所 倉谷形態進化研究室
  • URL: http://www.cdb.riken.jp/emo/japanese/indexj.html