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2022 年度 実績報告書

鳴禽類の歌の種間多様性からみる行動進化の神経分子メカニズム

研究課題

研究課題/領域番号 22J00446
配分区分補助金
研究機関北海道大学

研究代表者

田路 矩之  北海道大学, 理学研究院, 特別研究員(PD)

研究期間 (年度) 2022-04-22 – 2025-03-31
キーワード動物行動学 / 行動進化 / 細胞進化 / ゲノム進化 / single cell RNA-seq / single cell ATAC-seq
研究実績の概要

本研究では、鳴禽類ソングバードの歌行動の種間多様性に着目し、行動進化の分子神経基盤の解明を目指す。これまでの研究からソングバードの歌制御回路において、興奮性投射ニューロンの神経機能特性(遺伝子発現)の個体/種間多様性が大きい、という実験結果を得た。この結果を基にソングバードの歌行動を制御する神経回路の種分化過程について、興奮性投射ニューロンの生理特性(遺伝子発現)の違いが歌の違いを生じ、その差が種として固定されることで、種特異的行動の進化が生じるという作業仮説を立てた。本研究ではこの仮説に基づき1. 興奮性投射ニューロンの生理特性の多様性が歌表現型に及ぼす作用、 2.多様性を生み出すメカニズム、を同定し、それらが種間と個体間で同様のものかを検証する。
当該年度は以下の実験を行った。
実験(I-1) 異種間ハイブリッドを用いた遺伝子発現パターンと歌表現型の関連性の検証 キンカチョウとカノコスズメのハイブリッドは、歌表現型にバイアスがあり、キンカチョウの歌のみを歌う個体とカノコスズメの歌のみを歌う個体が存在する。これらハイブリッドの歌制御回路についてsingle cell RNA-seqを行い、歌表現型のバイアスと遺伝子発現パターンのバイアスが一致するかを調べた。 実験(I-2) 同じ/異なる歌を学習させたキンカチョウを用いた遺伝子発現パターンの検証 同じまたは異なる歌を歌うキンカチョウを用いてsingle cell RNA-seqを行い、歌表現型が同じ個体では遺伝子発現パターンも同じなのかを検証した。
これらの検証結果からトランスクリプトーム全体のパターンと歌のパターンは一致せず、むしろトランスクリプトームパターンは遺伝的背景を強く反映していることを明らかにした。今後は個々の遺伝子について歌パターンとの相関を検証する必要があることが示唆された。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

3: やや遅れている

理由

本年度に計画していた実験工程を完了したが、本年度の研究目的を達成するためにより精密な検証を行う必要があることが明らかになった。

今後の研究の推進方策

2022年度の検証の結果、歌パターンはトランスクリプトーム全体のパターンを反映しておらず、遺伝子と歌との関連を検証するためには、個々の遺伝子と歌の音響、時系列パターンをより精緻に検証する必要が生じた。2023年度はこの検証をおこなうと共に、当初より予定していた細胞移植による歌の人為的制御およびsingle cell ATAC-seqによる遺伝子発現の種差を生じるゲノム基盤の同定を目指す。

  • 研究成果

    (4件)

すべて 2022

すべて 雑誌論文 (1件) 学会発表 (3件) (うち国際学会 2件、 招待講演 1件)

  • [雑誌論文] Nicotinic acetylcholine receptors in a songbird brain2022

    • 著者名/発表者名
      Asogwa Norman Chinweike、Toji Noriyuki、He Ziwei、Shao Chengru、Shibata Yukino、Tatsumoto Shoji、Ishikawa Hiroe、Go Yasuhiro、Wada Kazuhiro
    • 雑誌名

      Journal of Comparative Neurology

      巻: 530 ページ: 1966~1991

    • DOI

      10.1002/cne.25314

  • [学会発表] Neural molecular mechanisms of the song speciation in songbirds2022

    • 著者名/発表者名
      TOJI Noriyuki, SHIBATA Yukino, TATSUMOTO Shoji, ISHIKAWA Hiroe, GO Yasuhiro, WADA Kazuhiro
    • 学会等名
      NEURO2022 第45回日本神経科学学会
    • 国際学会
  • [学会発表] 鳴禽類の歌学習において学習可能性を象徴する細胞タイプ特異的トランスク リプトームシグネチャー2022

    • 著者名/発表者名
      田路矩之、柴田ゆき野、辰本荘司、石川裕恵、郷康広、和多和宏
    • 学会等名
      日本遺伝学会 第94回大会(札幌)シングルセル解析による生命動態システム研究の新展開
    • 招待講演
  • [学会発表] Transcriptomic signatures in glutamatergic projecting neurons reveal species-specific vocal learnability in songbirds2022

    • 著者名/発表者名
      Noriyuki Toji, Yukino Shibata, Shoji Tatsumoto, Yasuhiro Go, Kazuhiro Wada
    • 学会等名
      Neuroscience 2022
    • 国際学会

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公開日: 2023-12-25  

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