体色の多様化が生む脳遺伝子の発現変化と性行動不適合性の解析

2013 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: 23113008
• 研究機関: 首都大学東京
• 研究代表者: 高橋 文 首都大学東京, 理工学研究科, 准教授 (90370121)
• 研究分担者: 長田 直樹 国立遺伝学研究所, 集団遺伝研究系, 助教 (70416270)
• 研究期間 (年度): 2011-07-25 – 2016-03-31
• キーワード: 種分化 / 体色変異 / ドーパミン / 性行動 / RNAseq / 生殖的隔離 / 次世代シークエンサー / ショウジョウバエ

研究概要

本研究では、ショウジョウバエの体色と行動の両方に関与するドーパミン生合成系の遺伝子群をモデルケースとして、環境適応の副次的な影響として起こる性行動の不適合性により新規生殖隔離が生じる分子機構を解明することを目的とする。また、より広範な視点
からゲノムワイドなトランスクリプトームの遺伝子ネットワークにおける「ゲノム・遺伝子相関」の全体像を把握し、その重要性について定量的な議論を展開することを目標としている。
H25年度は、前年度12月に雇用した博士研究員が中心となって進めた、ドーパミン生合成系の遺伝子について定量PCR及びFluidigmと454 GS Juniorによる種内発現変異の定量を行うための実験についてデータを出し、解析を一先ず終えることができた。また、多面発現遺伝子のゲノム進化過程を解明するため、上記の遺伝子について、転写因子の結合サイトの予測など、バイオインフォマティックスによる発現制御領域の解析も進めることができ、論文執筆の準備を進めている。また、性行動の微細要素と遺伝子発現変異との関係を調べるため、高速ビデオカメラによる動画撮影を行い、交尾直前の画像の解析を行った。
次世代シークエンサーを用いたシス制御領域の転写制御の「ゲノム・遺伝子相関」解析については、対立遺伝子を区別したトランスクリプトーム定量データを自然集団由来の18系統の成虫雌雄について、頭部と体のRNAseqデータを取得してきた。H25年度は、このデータについてシス制御領域による組織間発現制御の相関解析を行い、「ゲノム・遺伝子相関」が、遺伝子発現ネットワークを介してどのように集団内ゲノムの不適合性を引き起こしているかについて、雌雄に偏った発現をしている遺伝子に着目して解析した。この解析結果については現在論文投稿準備を進めている。

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

所属機関の別棟にプロジェクト研究室として一室本研究のためのスペースを借りており、本研究費により雇用した博士研究員が主に分子実験、行動実験を行うための設備を充実させることができた。
博士研究員が中心となって取り組んだFluidigmと小型次世代シークエンサーを用いた新たな方法による種内発現変異を定量するための分子実験はうまくいき、精度の高いデータを得ることができた。
ゲノムワイドな発現解析のためのデータ取得が完了し、研究分担者とも頻繁に議論を重ねながら解析を進めた結果、シス発現制御領域の進化に関するゲノムワイドな知見を複数得ることができ、論文執筆のための解析結果をほぼ全て準備することできた。

今後の研究の推進方策

今後は、雇用した博士研究員が所得したドーパミン生合成系の遺伝子についての種内発現変異に関するデータをまとめ、遺伝子発現領域のドライな解析結果と合わせて、多面発現遺伝子の進化に関する議論を展開していく。また、H25年度に加わった学生とともに、体色の適応的側面を明らかにするために、体色とストレス耐性に関する実験を進めていく。また体色と温度変化の関係とその背景にある分子機構について実験を進めるために、学部生がもう一人加わる予定である。
領域内北野班とFluidigmを利用したアレル特異的発現解析についての共同研究を行っており具体的な計画を詰めることができているので、今後情報交換を進めながら、研究材料の違いを超えた共同研究を展開していく。
次世代シークエンサーを用いたシス制御領域の転写制御の「ゲノム・遺伝子相関」解析については、これまで同様研究分担者と密な連絡を取るとともに、論文を投稿する。また、Chip-seqなど新たな方向からのゲノムワイドなシス制御領域の解析について方法を模索していく。

研究成果

• [雑誌論文] A novel cell death gene acts to repair patterning defects in Drosophila melanogaster. (2014)
  • 著者名/発表者名: Tanaka K M, Takahashi A, Fuse N, Takano-Shimizu-Kouno T
  • 雑誌名: Genetics 巻: 197 ページ: 739-742
  • DOI: 10.1534/genetics.114.163337
  • 査読あり
• [雑誌論文] Extracting population genetics information from a diploid genome sequence. (2014)
  • 著者名/発表者名: Osada N
  • 雑誌名: Front. Ecol. Evol. 巻: 2 ページ: 7
  • DOI: 10.3389/fevo.2014.00007
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Whole genome sequencing of Tibetan macaque (Macaca thibetana) provides new insight into the macaque evolutionary history. (2014)
  • 著者名/発表者名: Fan Z, Zhao G, Li P, Osada N, Xing J, Yi Y, Du L, Silva P, Wang H, Sakate R, Zhang X, Xu H, Yue B, Li J
  • 雑誌名: Mol. Biol. Evol. 巻: 31 ページ: 1475-1489
  • DOI: 10.1093/molbev/msu104
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Prdm9 polymorphism unveils mouse evolutionary tracks. (2014)
  • 著者名/発表者名: Kono H, Tamura M, Osada N, Suzuki H, Abe K, Moriwaki K, Ohta K, Shiroishi T
  • 雑誌名: DNA Res. 巻: 21 ページ: 315-326
  • DOI: 10.1093/dnares/dst059
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Pigmentation and behavior: potential association through pleiotropic genes in Drosophila. (2013)
  • 著者名/発表者名: Takahashi A.
  • 雑誌名: Genes Genet. Syst. 巻: 88 ページ: 165-174
  • DOI: 10.1266/ggs.88.165
  • 査読あり
• [雑誌論文] Cold tolerance and metabolic rate increased by cold acclimation in Drosophila albomicans from natural populations. (2013)
  • 著者名/発表者名: Isobe K., Takahashi A., Tamura K.
  • 雑誌名: Genes Genet. Syst. 巻: 88 ページ: 289-300.
  • DOI: 10.1266/ggs.88.289
  • 査読あり
• [雑誌論文] Finding the factors of reduced genetic diversity on X chromosomes of Macaca fascicularis: male-driven evolution, demography, and natural selection. (2013)
  • 著者名/発表者名: Osada N., Nakagome S., Mano S., Kameoka Y., Takahashi I., Terao K.
  • 雑誌名: Genetics 巻: 195 ページ: 1027-1035
  • DOI: 10.1534/genetics.113.156703
  • 査読あり
• [雑誌論文] 有害な変異と偶然の効果―中立説とほぼ中立説 (2013)
  • 著者名/発表者名: 長田直樹
  • 雑誌名: 生物の科学・遺伝 巻: ５月号 ページ: 322-326
• [学会発表] Pleiotropic effect and conflict resolution in cis-regulatory mutations elucidated by genome-wide allelic gene rxpression profiles from a natural population of Drosophila melanogaster. (2014)
  • 著者名/発表者名: Takahashi A.
  • 学会等名: SMBE Satellite Meeting/NIG International Symposium
  • 発表場所: 三島
  • 年月日: 20140317-20140319
  • 招待講演
• [学会発表] 進化遺伝学研究に熱意をそそぎ続けるために (2014)
  • 著者名/発表者名: 高橋文
  • 学会等名: 生命情報科学若手の会第5回研究会
  • 発表場所: 千葉
  • 年月日: 20140217-20140219
  • 招待講演
• [学会発表] 帰無モデルとしての中立説と歴史推定 (2013)
  • 著者名/発表者名: 長田直樹
  • 学会等名: 統計数理研究所研究集会 ゲノム多様性のデータ解析
  • 発表場所: 東京
  • 年月日: 20131219-20131220
  • 招待講演
• [学会発表] 霊長類のゲノム進化 (2013)
  • 著者名/発表者名: 長田直樹
  • 学会等名: 日本人類学会
  • 発表場所: つくば
  • 年月日: 20131101-20131104
• [学会発表] ショウジョウバエ自然集団内アレルサンプルにおけるドーパミン合成遺伝子群の発現解析 (2013)
  • 著者名/発表者名: 宮城竜太郎, 長田直樹, 高橋文
  • 学会等名: 日本遺伝学会第85回大会
  • 発表場所: 横浜
  • 年月日: 20130919-20130921
• [学会発表] キイロショウジョウバエにおける集団内でのcisおよびtrans遺伝子発現変異の定量 (2013)
  • 著者名/発表者名: 長田直樹, 宮城竜太郎, 高橋文
  • 学会等名: 日本遺伝学会第85回大会
  • 発表場所: 横浜
  • 年月日: 20130919-20130921
• [学会発表] Expression variation analyses of the dopamine biosynthesis pathway genes within Drosophila melanogaster population using Fluidigm 48.48 Access Array system. (2013)
  • 著者名/発表者名: Miyagi R., Osada N., Takahashi A.
  • 学会等名: SMBE 2013
  • 発表場所: シカゴ
  • 年月日: 20130707-20130711
• [学会発表] Genome-wide expression analyses using allelic samples from a natural population of Drosophila. (2013)
  • 著者名/発表者名: Takahashi A.
  • 学会等名: Evolution of Junk DNAs
  • 発表場所: 三島
  • 年月日: 20130622-20130623
  • 招待講演
• [学会発表] Genome-wide expression analyses using allelic samples from Drosophila Genomic Resource Panel constructed from a natural population of Drosophila melanogaster. (2013)
  • 著者名/発表者名: Takahashi A.
  • 学会等名: The 2nd Asia-Pacific Drosophila Research Conference.
  • 発表場所: ソウル
  • 年月日: 20130513-20130516
• [学会発表] ヒトゲノムの進化における自然選択と遺伝的浮動の役割
  • 著者名/発表者名: 長田直樹
  • 学会等名: インシリコ・メガバンク研究会
  • 発表場所: 仙台
  • 招待講演
• [学会発表] Finding evidence for weak compensatory evolution.
  • 著者名/発表者名: Osada N.
  • 学会等名: Evolution of Junk DNAs
  • 発表場所: 三島
• [学会発表] Dissecting regulatory mechanisms of transcriptome variation in Drosophila melanogaster.
  • 著者名/発表者名: Osada N.
  • 学会等名: TIGP retreat
  • 発表場所: Taipei, Taiwan
  • 招待講演
• [学会発表] Dissecting regulatory mechanisms of transcriptome variation in Drosophila melanogaster.
  • 著者名/発表者名: Osada N.
  • 学会等名: ISEGB2013
  • 発表場所: Taichung, Taiwan
  • 招待講演
• [学会発表] Finding evidence for weak compensatory evolution
  • 著者名/発表者名: Osada N.,Akashi H.
  • 学会等名: SMBE Satellite Meeting/NIG International Workshop
  • 発表場所: 三島
  • 招待講演
• [学会発表] Genome-wide analysis of cis-regulatory mutations affecting gene expression in males and females of Drosophila melanogaster:
  • 著者名/発表者名: Takahashi A.
  • 学会等名: RCGB conference: Prospect of Genomics and Bioinformatics
  • 発表場所: 東京
• [学会発表] Allele-specific gene expression among Drosophila melanogaster hybrid lines revealed abundant cis-regulatory mutations.
  • 著者名/発表者名: 長田直樹
  • 学会等名: ゲノム進化分野におけるビッグデータ情報解析の新展開
  • 発表場所: 東京
• [図書] 遺伝子図鑑 「遺伝子図鑑」編集委員会編 第七章3節 (2013)
  • 著者名/発表者名: 高橋文
  • 総ページ数: pp.142-143
  • 出版者: 悠書館
• [図書] 遺伝子図鑑 「遺伝子図鑑」編集委員会編 第七章1,2,11節 (2013)
  • 著者名/発表者名: 明石裕，長田直樹
  • 総ページ数: pp.138-141, pp.158-159
  • 出版者: 悠書館
• [図書] ヒトは病気とともに進化した 太田博樹・長谷川眞理子編著 第二章 (2013)
  • 著者名/発表者名: 長田直樹
  • 総ページ数: pp.21-65
  • 出版者: 勁草書房
• [備考] 新学術研究領域「ゲノム・遺伝子相関」高橋班研究内容
  • URL: http://www.ige.tohoku.ac.jp/prg/genetics/study07.html
• [備考] 首都大学東京 理工学研究科 生命科学専攻 進化遺伝学研究室
  • URL: http://www.biol.se.tmu.ac.jp/labo.asp?ID=evogen