異種トゲウオ間のゲノム不適合と生殖隔離の分子機構

2012 年度 実績報告書

• 研究領域: ゲノム・遺伝子相関：新しい遺伝学分野の創成
• 研究課題/領域番号: 23113007
• 研究機関: 国立遺伝学研究所
• 研究代表者: 北野 潤 国立遺伝学研究所, 新分野創造センター, 特任准教授 (80346105)
• 研究期間 (年度): 2011-04-01 – 2016-03-31
• キーワード: 性染色体 / 種分化

研究実績の概要

異種トゲウオ間の雑種異常と種分化の研究のモデルとして、北海道東部に生息する汽水トミヨ、淡水トミヨ、エゾトミヨの三種のトゲウオ種群について、遺伝的分化と表現型分化を解析し、これら三種が下流から上流へ棲み分けて共存していること、三種間での交雑が極めて稀にしか生じないことを報告した。また、これら三種が異なる塩分耐性能をもつことを見いだし、下流から上流にかけて生息しているトゲウオの海水耐性が順次低下していくことを見いだした。一方、捕食防御に関わる鱗板（体の側面の骨化組織）の変異は、単純な上流-下流勾配にそった変異はみられず、また、その遺伝基盤は近縁のイトヨ属とは異なる遺伝子で決定されていることが明らかになった。イトヨ属では、Eda遺伝子が鱗板をコントロールしていることが既に知られているが、トミヨ属ではEda遺伝型と鱗板表現型に相関は見られなかった。これらについて論文報告した。
全ゲノム解読とQTL解析によって、日本のイトヨ種群の雑種異常の候補遺伝子を複数同定し、現在機能解析中である。
ネオ性染色体のゲノム解析を行い、ネオY染色体の退縮が軽微であること、SNPレベルではネオX染色体とネオY染色体間で分化が起こっており、その一部がシス変異によって雌雄間の遺伝子発現差を生み出しているようであること、ネオX染色体の一部の遺伝子は急速進化（非同義置換率の上昇）を示していることを明らかにした。この成果について、現在、論文投稿の準備中である。

現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

既に10報以上の査読付き論文が国際雑誌に掲載、あるいは、受理されている。
まず、イトヨ種群における雑種異常と種分化の候補遺伝子が既に複数見いだされており、これらの機能解析に取りかかっている。
さらに、これらの普遍性を明らかにするためにトミヨやメダカといった別の分類群における研究にも着手した。
ネオ性染色体のゲノム上の特徴については既に研究の大部分が完了しており、論文執筆の段階に入っている。また、ネオ性染色体のさらなる研究のために海外との共同研究も開始した。

今後の研究の推進方策

日本のイトヨ種群における雑種不妊の候補遺伝子の機能解析を押し進める。具体的には、試験管内での精製タンパクの機能解析とトランスジェニックイトヨを用いた機能解析を行う。また、トミヨ等他の分類群でも同様の遺伝子が関与しているかどうか、その普遍性を検証する。

研究成果

• [雑誌論文] RNA sequencing reveals small RNAs differentially expressed between incipient Japanese threespine sticklebacks (2013)
  • 著者名/発表者名: Kitano, J., Yoshida, K., and Suzuki, Y.
  • 雑誌名: BMC Genomics 巻: 14 ページ: 214
  • DOI: 10.1186/1471-2164-14-214
  • 査読あり
• [雑誌論文] Are Japanese freshwater populations of threespine stickleback derived from the Pacific Ocean lineage? (2013)
  • 著者名/発表者名: Cassidy, L. M.
  • 雑誌名: Evolutionary Ecology Research 巻: in press ページ: in press
  • 査読あり
• [雑誌論文] Divergence in thyroid hormone levels between juveniles of marine and stream ecotypes of the threespine stickleback (Gasterosteus aculeatus) (2013)
  • 著者名/発表者名: Kitano, J.
  • 雑誌名: Evolutionary Ecology Research 巻: in press ページ: in press
  • 査読あり
• [雑誌論文] Speciation in ninespine sticklebacks: reproductive isolation and phenotypic divergence among cryptic species of Japanese ninespine stickleback (2013)
  • 著者名/発表者名: Ishikawa, A.
  • 雑誌名: Journal of Evolutionary Biology 巻: in press ページ: in press
  • 査読あり
• [雑誌論文] Shifts in morphology and diet of non-native sticklebacks introduced into Japanese crater lakes (2012)
  • 著者名/発表者名: Adachi, T.
  • 雑誌名: Ecology and Evolution 巻: 2 ページ: 1083-1098
  • DOI: 10.1002/ece3.234
  • 査読あり
• [雑誌論文] The contribution of female meiotic drive to the evolution of neo-sex chromosomes (2012)
  • 著者名/発表者名: Yoshida. K.
  • 雑誌名: Evolution 巻: 66 ページ: 3198-3208
  • DOI: 0.1111/j.1558-5646.2012.01681.x.
  • 査読あり
• [雑誌論文] Physiological and genetic basis for variation in migratory behavior in the three-spined stickleback, Gasterosteus aculeatus. (2012)
  • 著者名/発表者名: Kitano, J.
  • 雑誌名: Ichthyological Research 巻: 59 ページ: 293-303
  • DOI: 10.1007/s10228-012-0289-8
  • 査読あり
• [学会発表] Physiological genomics of speciation and adaptation in the Japanese stickleback species (2012)
  • 著者名/発表者名: Kitano, J.
  • 学会等名: Stickleback 2012 Seventh International Conference on Stickleback Behavior and Evolution
  • 発表場所: Seattle, WA, USA
  • 年月日: 2012-07-29 – 2012-08-03
• [図書] Thyroid Hormones (2012)
  • 著者名/発表者名: Ishikawa, A.
  • 総ページ数: 37-50
  • 出版者: InTech
• [備考] NIGINTERN生が日本の淡水イトヨの起源を確認
  • URL: http://www.nig.ac.jp/Research-Highlights/1170/1182.html
• [備考] 性染色体の進化と常染色体の形に強い相関を発見
  • URL: http://www.nig.ac.jp/Research-Highlights/992/1066.html
• [備考] トゲウオ近縁種間での低分子RNA分化の論文がBMC Genomicsに出版されました
  • URL: http://www.ige.tohoku.ac.jp/prg/genetics/study_report/2013/04/rnabmc-genomics.html
• [備考] 淡水イトヨが幼弱期より甲状腺機能低下であることを発見
  • URL: http://www.ige.tohoku.ac.jp/prg/genetics/study_report/2013/03/post-49.html
• [備考] 日本産淡水イトヨの起源を確認
  • URL: http://www.ige.tohoku.ac.jp/prg/genetics/study_report/2013/03/post-48.html