タツノオトシゴの育児嚢特異的な遺伝子の探査

2020 年度 実施状況報告書

• 研究課題/領域番号: 19K06793
• 研究機関: 上智大学
• 研究代表者: 川口 眞理 上智大学, 理工学部, 准教授 (00612095)
• 研究期間 (年度): 2019-04-01 – 2023-03-31
• キーワード: seahorse / brood pouch / digestive enzyme

研究実績の概要

今年度は育児嚢で特異的に発現する遺伝子の一つであるpatristacinとその相同遺伝子であるpactacinに着目して研究を進めた。それらの遺伝子の局在を調べた結果、patristacin遺伝子についてはシグナルを検出することができなかったが、pactacin遺伝子が膵臓で発現していることを明らかにしている。そこで本年度は、pactacinの機能を明らかにするために解析を進めた。ウェスタンブロットにより、膵臓からはプロ型が、消化液からは成熟酵素を検出できた。pactacinはタツノオトシゴだけでなく、メダカにも存在することから、メダカを用いて、HPLCにより、消化酵素の精製を行い、ウェスタンブロットや活性染色などにより、pactacinとトリプシンやキモトリプシンと予想される酵素の活性を検出できた。魚類には胃のある魚と胃のない魚がいることが知られており、胃のない魚では、トリプシンやキモトリプシンが消化管内に分泌されて消化すると考えられてきたが、本研究により、これらに加えて、pactacinが主要な消化酵素の一つとしてはたらいていることを明らかにできた。
この他に、育児嚢の電子顕微鏡観察も行った。その結果、育児嚢の表面は大仏の螺髪そっくりな細胞でおおわれていることが分かった。また、この「螺髪」細胞に特異的に発現している遺伝子を見出した。他の魚類のゲノムからは相同遺伝子が見つからなかった。タツノオトシゴのこの遺伝子の周辺にはトランスポゾンが高頻度で見つかることから、トランスポゾンにより、タツノオトシゴの系統で新規に獲得した遺伝子だと予想される。この新規な遺伝子が、タツノオトシゴの体表面にだけ見られる特徴的な「螺髪」構造を作り出しているのではないかと考えている。

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

タツノオトシゴの育児嚢に着目していた研究課題ではあるが、育児嚢で特異的に発現する遺伝子の進化過程を調べていく過程で、魚類には新奇な消化酵素があるという新発見につながる成果を出すことができた。
また、タツノオトシゴに特徴的な形態が、タツノオトシゴで新たに生じた遺伝子によってもたらされている可能性を見出した。これにより、独特な形態をしているタツノオトシゴがどのように進化してきたのか、を理解するために、今後のさらなる研究へとつながる発見になった。

今後の研究の推進方策

概要に記載したとおり、タツノオトシゴの育児嚢の電子顕微鏡（TEMとSEM）観察を行ったところ、特徴的な形態を見出した。さらに、この特徴的な細胞で特異的に発現している遺伝子を見出した。今年度は、新規遺伝子がどのような進化過程を経たのかをより詳細に解析する予定である。そのために、タツノオトシゴが属するヨウジウオ科魚類の魚類のゲノム配列を決定し、タツノオトシゴと比較することで、新規遺伝子の進化過程を明らかにしたい。
また、引き続き育児嚢の各組織で発現している遺伝子の解析を進めていく予定である。

次年度使用額が生じた理由

論文の掲載費として約30万円の支出を予定していたが、掲載が3月31日と、年度末になったため今年度の支出とはならず、2021年度に掲載費として使用する。

研究成果

• [雑誌論文] Pactacin is a novel digestive enzyme in teleosts (2021)
  • 著者名/発表者名: Mari Kawaguchi, Yohei Okazawa, Aiko Imafuku, Yuko Nakano, Risa Shimizu, Reiji Ishizuka, Tianlong Jiang, Tatsuki Nagasawa, Junya Hiroi & Shigeki Yasumasu
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 11 ページ: 7230
  • DOI: 10.1038/s41598-021-86565-9
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] RADSex: A computational workflow to study sex determination using restriction site‐associated DNA sequencing data (2021)
  • 著者名/発表者名: R. Feron, Q. Pan, M. Wen, B. Imarazene, E. Jouanno, J. Anderson, A. Herpin, L. Journot, H. Parrinello, C. Klopp, V. A. Kottler, A. S. Roco, K. Du, S. Kneitz, M. Adolfi, C. A. Wilson, B. McCluskey, A. Amores, T. Desvignes, F. W. Goetz, A. Takanashi, M. Kawaguchi 他計36名
  • 雑誌名: Molecular Ecology Resources 巻: - ページ: -
  • DOI: 10.1111/1755-0998.13360
  • 査読あり / 国際共著
• [備考] 教員の受賞・成果
  • URL: https://www.sophia.ac.jp/jpn/news/PR/210401_outcome.html