魚類繁殖機構に及ぼす地球温暖化・気候変動影響の早期警戒指標の構築

2019 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 19H01162
• 研究機関: 東京海洋大学
• 研究代表者: Strussmann C.A. 東京海洋大学, 学術研究院, 教授 (10231052)
• 研究分担者: 山本 洋嗣 東京海洋大学, 学術研究院, 助教 (10447592) ; 近藤 昭彦 千葉大学, 環境リモートセンシング研究センター, 教授 (30201495)
• 研究期間 (年度): 2019-04-01 – 2024-03-31
• キーワード: 生態系影響評価 / 地球温暖化 / 気候変動 / 指標種 / 魚類繁殖機構 / 耳石

研究実績の概要

気候変動等に起因する水温異常が魚類生殖機構に与える影響の評価系確立へ向け、本年度は①耳石を用いた魚類野生集団の生息環境履歴推定技術の確立、②遺伝生化学的手法を用いた水温起因性生殖障害アセスメントツールの開発、③対象指標種の捕獲調査に取り組んだ。①：南米原産ペヘレイのアルゼンチンの野生集団における性転換個体の実態調査を行った。経験水温と性転換の因果関係や、各年級・孵化群内における性転換/非性転換組成と、それによる次世代への影響度を正確に評価するため、捕獲個体の耳石輪紋解析から日齢および孵化日の推定を行い、年級群および産卵期群別に区分し、性転換率を精査した。その結果、2016年級群として区分された供試魚151尾中、13尾の雄性転換 (XX♂)、2尾の雌性転換 (XY♀)が確認され、XX♂は比較的高水温の時期に、XY♀は低水温の時期に孵化していたこと、標準体長10cm以下の集団では性比が雌に、10cm以上の集団では雄に偏っていること、また春季孵化個体群ではXX個体が大きな割合を占め、それ以前の孵化個体群ではXY個体が大きな割合を占めていることが明らかとなった。②：水温により発現が増減する新規性分化マーカーとして、温度センサータンパク質として知られるTRP遺伝子ファミリーに着目し、ペヘレイより6種のTRP遺伝子を単離し、性分化時期における水温別発現解析を行った。その結果、trpv4が性決定時期特異的かつ水温特異的に変動していることが明らかとなり、trpv4は水温が誘起する雄および雌の性決定に関与し、本種の水温依存性の新規性分化マーカーとして生殖障害アセスメントに応用可能であることが示された。③：年次調査として、2019年11月に指導学生とともにアルゼンチンを訪問し、現地共同研究者らとともに複数の湖で対象魚の捕獲調査を行った。また千葉県で国産トウゴロウイワシの年次捕獲調査を行った。

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

本研究では、世界各地に分布し、なおかつ水温起因の生殖障害が生じやすいとされているトウゴロウイワシ目魚類を指標種とし、地球温暖化と気候変動が魚類資源とそれを取り巻く生態系に与える悪影響を事前に予測するため、「魚類繁殖機構に及ぼす地球温暖化・気候変動影響の早期警戒指標の構築」を最終目的としている。初年度は、南米原産ペヘレイの野生集団の耳石輪紋解析を用いた孵化日推定および孵化群分類を行い、性転換に与える水温の影響調査を高精度で行うことができた。また、水温起因性の生殖障害をいち早く捉えるための新規マーカー遺伝子候補としてtrpv4の単離に成功した。さらに、南米・アジア原産のトウゴロウイワシ目魚類であるペヘレイ（O. bonariensis；アルゼンチン チャスコムス地方）およびギンイソイワシ（H. tsurugae；千葉県館山市）の年次捕獲調査を実施し、対象魚を予定尾数捕獲することができた。以上、2019年度の研究計画は概ね予定通りに遂行され、成果も得られていることから、研究は順調に進展しているものと判断した。

今後の研究の推進方策

2020年度は、先行研究において既に開始しているフィールド調査と、飼育実験による対象種（南米・アジアに生息する複数の汽水・海産トウゴロウイワシ目魚類）の生殖機能に及ぼす水温の影響調査を継続する。具体的には、事前にデータロガーが設置され、継続的に環境情報（水温、塩分）が蓄積可能な海外(アルゼンチンチャスコムス湖等)および国内の各フィールド（千葉県館山市等）で定期的に対象種の野生個体を採集し、生殖腺の性状、生殖能力 （生殖細胞数）、産卵周期と繁殖可能な限界水温等を把握する。同時に、調査対象地で採集した野生個体を耳石年輪解析によって年級群・孵化群別に分類し、これまでに開発された遺伝的性判別ツールを活用して各年級群の雌雄比や性転換率を調査する。さらに、飼育実験を用いて、脳・下垂体・生殖腺軸における性決定・性分化メカニズムとそれに与える水温の作用機序の解明を目指す。遺伝生化学的手法を用いた生殖障害アセスメントツールの開発については、脳における発現遺伝子を中心に生殖障害の指標となるマーカー遺伝子を引き続き探索する。一方、対象種の野生集団解析ツールの開発については、数理モデリングを用いて野生個体および飼育個体の性転換と、耳石微量元素組成に及ぼす水温・日長の影響を検証し、孵化日や年級群の推定、さらに経験環境履歴推定の技術開発を行う。また、海外での調査対象種生息エリアにおける異常水温発生を広範囲に監視するために開発したリモートセンシングのプロトコールを国内のフィールドにも応用し、その有用性を検証する。

研究成果

• [雑誌論文] Evidence of a landlocked reproducing population of the marine pejerrey Odontesthes argentinensis (Actinopterygii; Atherinopsidae) (2020)
  • 著者名/発表者名: D.C. Colautti, L. Miranda, M. Gonzalez-Castro, V. Villanova, C.A. Strussmann, M. Mancini, T. Maiztegui, G. Berasain, R. Hattori, F. Grosman, P. Sanzano, I. Lozano, S.L. Vegh, V. Salinas, O. Del Ponti, P. del Fresno, P. Minotti, Y. Yamamoto, and C.R.M. Baigun
  • 雑誌名: Journal of Fish Biology 巻: 96 ページ: 202-216
  • DOI: 10.1111/jfb.14207
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Spatiotemporal correlations between amh and cyp19a1a transcript expression and apoptosis during gonadal sex differentiation of pejerrey Odontesthes bonariensis (2019)
  • 著者名/発表者名: M. Sarida, R.S. Hattori, Y. Zhang, Y. Yamamoto, and C.A. Strussmann
  • 雑誌名: Sexual Development 巻: 13 ページ: 99-108
  • DOI: 10.1159/000498997
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] The duplicated Y-specific amhy gene is conserved and linked to maleness in silversides of the genus Odontesthes (2019)
  • 著者名/発表者名: R.S. Hattori, G.M. Somoza, J.I. Fernandino, D.C. Colautti, K. Miyoshi, Z. Gong, Y. Yamamoto, and C.A. Strussmann
  • 雑誌名: Genes 巻: 10 ページ: 679
  • DOI: 10.3390/genes10090679
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] Development of an early-warning species for the effects of climate change on fish reproduction (2019)
  • 著者名/発表者名: K. Miyoshi, R.S. Hattori, C.A. Strussmann and Y. Yamamoto
  • 学会等名: Korean Federation of Fisheries Science and Technology Societies International Conference, Busan, Korea
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Analysis of the masculinizing strength of single and double copies of the testis-determining factor amhy in pejerrey Odontesthes bonariensis (2019)
  • 著者名/発表者名: S. Hayakawa, Y. Yamamoto, R.S. Hattori and C.A. Strussmann
  • 学会等名: VI Argentine Symposium of Ichthyology, Bariloche, Argentina
  • 国際学会
• [学会発表] Otolith-based approach to study the effects of water temperature on the sex determination of pejerrey Odontesthes bonariensis in Lake Chascomus (2019)
  • 著者名/発表者名: H. Yokochi, H. Okajima, N. Kakuta, Y. Yamamoto, C.A. Strussmann, L.A. Miranda, D.C. Colautti and G.E. Berasain
  • 学会等名: VI Argentine Symposium of Ichthyology, Bariloche, Argentina
  • 国際学会
• [学会発表] Genotypic and temperature-dependent sex determination in pejerrey Odontesthes bonariensis (2019)
  • 著者名/発表者名: Y. Yamamoto, Y. Zhang, M. Sarida, R.S. Hattori and C.A. Strussmann
  • 学会等名: VI Argentine Symposium of Ichthyology, Bariloche, Argentina
  • 国際学会
• [図書] Environmental regulation of sex determination in fishes: insights from Atheriniformes. In B. Capel, ed. Current Topics in Developmental Biology, Sex Determination (2019)
  • 著者名/発表者名: Y. Yamamoto, R.S. Hattori, R. Patino and C.A. Strussmann
  • 総ページ数: Vol. 134, Chapter 9, pp. 46-69
  • 出版者: Elsevier
  • ISBN: 978-0-12-811544-2