魚類の新規性決定遺伝子同定からみえる性決定と内分泌のクロストーク

2018 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 18H02277
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 菊池 潔 東京大学, 大学院農学生命科学研究科(農学部), 教授 (20292790)
• 研究期間 (年度): 2018-04-01 – 2021-03-31
• キーワード: 性決定 / 魚類 / 性決定遺伝子 / 内分泌

研究実績の概要

1) 多個体を用いた領域特異的解析による性決定遺伝子の同定
連鎖不平衡マッピングで統計学的に有意な結果を得るためには、多数の個体を解析する必要がある。しかし、多数個体について全ゲノム配列を決定することは、費用の面で難しい。そこで2018年度は、エクソーム解析で使われるターゲットエンリッチメント法を改変して、対象となるゲノム領域をしぼった解析をおこなった。まず、既存方法では困難であった「5kb程度のゲノムDNA断片の濃縮」ができるように、方法の改変をおこなった。次に、この改変法に通常のAmplicon sequencing法を組み合わせて、野生カンパチを対象とした関連解析をおこなった。その結果、カンパチの性決定遺伝子候補をひとつに絞り込むことに成功した。この遺伝子はその構造から、性ホルモンの代謝に関わる可能性が高いと考えられた。

2) 性ホルモンに依存した性決定の解明
「性ホルモンに依存した性決定」の実在と遍在性を明らかとするための第一歩として、2018年度は、クサフグの性決定遺伝子候補であったAppl1を対象とし、その機能欠失体（変異導入世代）をゲノム編集法で作出することをこころみた。一方で、長鎖型次世代シーケンサーを用いて、短鎖型シーケンサーでは捉えられない構造多型をクサフグがもつ可能性を検討した。その結果、クサフグはこれまで未同定だったオス特異的なゲノム領域をもち、これがAppl1の近傍にあることがわかった。Appl1ではなく、その近傍にあるオス特異的な遺伝子が性を決定している可能性が高まった。

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

採集したサンプルのDNA品質が予想外に低くかったため、追加採集の必要が生じて研究進展が遅れた。一方で、カンパチの性決定遺伝子候補をひとつに絞り込むことに成功した。この発見は、前述の遅れを補ってあまりある成果である。

今後の研究の推進方策

1) 多個体を用いた領域特異的解析による性決定遺伝子の同定
2018年度は、ターゲットエンリッチメント法改変とAmplicon sequencing法を組み合わせて、対象となるゲノム領域をしぼった関連解析解析をカンパチについて成功させた。2019年度は、クサフグの性決定遺伝子座領域にも本手法を適用し、その性決定遺伝子候補を絞り込む。さらに、得られたデータを集団遺伝学的解析にふし、性決定領域にのこる選択の痕跡を明らかとする。

2) 性ホルモンに依存した性決定の解明
2018年度の解析により、カンパチの性決定遺伝子が性ホルモンの代謝に関わる可能性が浮上した。そこで今年度は、当該遺伝子の機能解析により、その性ホルモン代謝能を明らかとする。また、クサフグに関する2018年度の解析の進展により、Appl1の近傍にある遺伝子が性を決定している可能性が高まった。そこで今年度は、これら新たな候補遺伝子の機能欠失体をゲノム編集法で作出して、その役割を明らかとする。

研究成果

• [雑誌論文] フグ類の性決定遺伝子たち (2019)
  • 著者名/発表者名: 菊池潔，家田梨櫻，藤川大学，Kabir Ahammad，小山喬，細谷将
  • 雑誌名: 日本水産学会誌 巻: 85 ページ: 187
  • DOI: https://doi.org/10.2331/suisan.WA2603-3
  • オープンアクセス
• [雑誌論文] ブリ属魚類の性決定機構 (2019)
  • 著者名/発表者名: 小山喬, 中本正俊, 森島輝, 山下雄史, 水野直樹, 菊池潔, 坂本崇
  • 雑誌名: 日本水産学会誌 巻: 85 ページ: 188
  • DOI: https://doi.org/10.2331/suisan.WA2603-4
  • オープンアクセス
• [雑誌論文] 魚類の性決定・性分化・性転換 -これまでとこれから- (2019)
  • 著者名/発表者名: 菊池潔, 井尻成保, 北野健
  • 雑誌名: 日本水産学会誌 巻: 85 ページ: 185
  • DOI: https://doi.org/10.2331/suisan.WA2603-1
  • オープンアクセス
• [雑誌論文] Identification of the sex-determining locus in grass puffer (Takifugu niphobles) provides evidence for sex-chromosome turnover in a subset of Takifugu species. (2018)
  • 著者名/発表者名: 60.Ieda R, Hosoya S, Tajima S, Atsumi K, Kamiya T, Nozawa A, Aoki Y, Tasumi S, Koyama T, Nakamura O, Suzuki Y, Kikuchi K.
  • 雑誌名: PLOS ONE 巻: 13 ページ: e0190635
  • DOI: https://doi.org/10.1371/journal.pone.0190635
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] ブリ属の性決定領域ゲノム配列比較 (2019)
  • 著者名/発表者名: 小山喬・車遥介・菊池潔・森島輝・豊田敦
  • 学会等名: 平成31年度日本水産学会春季大会
• [学会発表] 半数体ブリゲノムを用いた性拮抗遺伝子の探索 (2019)
  • 著者名/発表者名: 車遥介・小山喬・菊池潔・森島輝・小林久人
  • 学会等名: 平成31年度日本水産学会春季大会
• [学会発表] トラフグ白子早熟形質のQTL 解析 (2019)
  • 著者名/発表者名: 吉川壮太・濱崎将臣・山田敏之・中田久・細谷将・菊池潔
  • 学会等名: 平成31年度日本水産学会春季大会
• [学会発表] ブリ属ステロイド代謝関連遺伝子の発現解析 (2019)
  • 著者名/発表者名: 車遥介・小山喬・菊池潔・中本正俊・坂本崇
  • 学会等名: 平成31年度日本水産学会春季大会
• [学会発表] カンパチ性分化関連遺伝子の網羅的探索 (2019)
  • 著者名/発表者名: 小山喬・菊池潔
  • 学会等名: 平成31年度日本水産学会春季大会
• [学会発表] Single-Molecule sequencing has resolved the complex genomic region of the sex-determining locus in Kusafugu Takifugu niphobles (2019)
  • 著者名/発表者名: Kabir Ahammad・Risa Ieda・Daigaku Fujikawa・Mana Sato・Shotaro Hirase・Takashi Koyama・Atsushi Toyota・Sho Hosoya・Kiyoshi Kikuchi
  • 学会等名: 平成31年度日本水産学会春季大会
• [学会発表] クサフグで生じた性的拮抗の解消 (2019)
  • 著者名/発表者名: 藤川大学・家田梨櫻・Kabir Ahammad・小山喬・細谷将・菊池潔
  • 学会等名: 平成31年度日本水産学会春季大会
• [学会発表] 半数体ゲノムのマルチプレックスシーケンシング－ FSTを指標とした性拮抗遺伝子の探索 － (2019)
  • 著者名/発表者名: 小山喬・車遥介・菊池潔・小林久人
  • 学会等名: 東京農業大学生物資源ゲノム解析拠点シンポジウム
• [学会発表] トラフグ属魚類の性決定遺伝子と魚類育種素材としての野生魚の利用可能性 (2019)
  • 著者名/発表者名: 細谷将・小林久人・菊池潔
  • 学会等名: 東京農業大学生物資源ゲノム解析拠点シンポジウム
• [学会発表] 魚類における性染色体のターンオーバー (2019)
  • 著者名/発表者名: Kabir Ahammad・藤川大学・家田梨櫻・小林久人・豊田敦・細谷将・菊池潔
  • 学会等名: 東京農業大学生物資源ゲノム解析拠点シンポジウム
• [学会発表] The genetic and steroidogenic sex determination in Seriola fishes (2018)
  • 著者名/発表者名: Takashi Koyama, Masatoshi Nakamoto, Kagayaki Morishima, Ryohei Yamashita, Takefumi Yamashita, Kohei Sasaki, Naoki Mizuno, Yosuke Kuruma, Moe Suzuki, Risa Ieda, Tsubasa Uchino, Satoshi Tasumi, Sho Hosoya, Seiichi Uno, Jiro Koyama, Atsushi Toyoda, Kiyoshi Kikuchi, Takashi Sakamoto
  • 学会等名: 日本分子生物学会第41回（2018年）年会
  • 招待講演
• [学会発表] フグ類の性決定遺伝子たち (2018)
  • 著者名/発表者名: 菊池潔
  • 学会等名: 平成３０年度日本水産学会秋季大会
• [学会発表] Turnover of sex chromosomes in Takifugu fishes (2018)
  • 著者名/発表者名: Ieda R, Tajima S, Atsumi K, Fujikawa D, Sato M, Ahammad K, Nozawa A, Koyama T, Toyoda A, Kobayashi H, Tasumi S, Hosoya S, Kikuchi K
  • 学会等名: The 2018 International Symposium of Genetics in Aquaculture
  • 国際学会
• [学会発表] Trans-species SNP in a steroidogenic gene is associated with sex determination in Seriola species (2018)
  • 著者名/発表者名: Koyama T, Nakamoto M, Morishima K, Yamashita R, Yamashita T, Sasaki K, Suzuki M, Kuruma Y, Ieda R, Uchino T, Tasumi S, Hosoya S, Uno S, Koyama J, Toyoda A, Kikuchi K, Sakamoto T
  • 学会等名: The 2018 International Symposium of Genetics in Aquaculture
  • 国際学会
• [学会発表] Revisiting the steroid theory of sex inducer; Trans-species SNP in a steroidogenic enzyme, Hsd17b1, is associated with sex in Seriola species. (2018)
  • 著者名/発表者名: Takashi Koyama, Masatoshi Nakamoto, Kagayaki Morishima, Ryohei Yamashita, Takefumi Yamashita, Sasaki Kohei, Naoki Mizuno, Moe Suzuki, Risa Ieda, Tsubasa Uchino, Satoshi Tasumi, Sho Hosoya, Seiichi Uno, Jiro Koyama, Atsushi Toyoda, Takashi Sakamoto, Kiyoshi Kikuchi
  • 学会等名: Eight International Symposium on Vertebrate Sex Determination
  • 国際学会
• [学会発表] Turnover of sex chromosomes in Takifugu pufferfishes (2018)
  • 著者名/発表者名: Risa Ieda, Shota Tajima, Kazufumi Atsumi, Daigaku Fujikawa, Mana Sato, Yosuke Kuruma, Shun Ohki, Aoi Nozawa, Takashi Koyama, Satoshi Tasumi, Sho Hosoya, Kiyoshi Kikuchi
  • 学会等名: Eight International Symposium on Vertebrate Sex Determination
  • 国際学会
• [備考] 東京大学大学院農学生命科学研究科 附属水産実験所
  • URL: http://www.se.a.u-tokyo.ac.jp/japanese.html
• [産業財産権] ブリ類の性別識別方法 (2018)
  • 発明者名: 坂本崇、中本正俊、菊池潔、小山喬
  • 権利者名: 坂本崇、中本正俊、菊池潔、小山喬
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: 特願2018-027260