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2023 年度 実施状況報告書

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 22KJ0040
配分区分基金
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) 2023-03-08 – 2025-03-31
キーワード動物行動学 / ソングバード / ゲノム進化 / Single cell RNA-seq / 細胞の進化 / 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。
当該年度は主に2.多様性を生み出すメカニズム、を同定するために、遺伝子発現制御基盤となるゲノム構造が未知のソングバート種について、ロングリードシークエンスによる高品質リファレンスゲノム構築を行った。先進ゲノム支援を活用し、当初予定していたキンカチョウの最近縁種であるサクラスズメ、カノコスズメに加えて、分岐年代がやや離れた姉妹群にあたるジュウシマツ、ヘキチョウ、コシジロキンパラのゲノムについても高品質なゲノムアセンブリに成功した。これらゲノムの大規模構造比較を行った結果、鳥類の雄性染色体であるZ染色体に特に顕著な構造的種差が生じていることを特定した。
現在、キンカチョウの遺伝子情報やそれぞれの種のRNAシークエンスデータを基にゲノムに遺伝子のアノテーションを付与し、シングルセルATAC-seqを実施する準備を行っている。

現在までの達成度 (区分)
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

先進ゲノム支援のサポートにより想定していた2種に加え追加で3種のゲノムのアセンブルを行うことができた。

今後の研究の推進方策

来年度は同定したゲノム情報をもとに、single cell ATAC-seqによる遺伝子転写調節領域の種間比較を行う。
また、ソングバードの歌行動を制御する神経回路以外で、興奮性投射ニューロンの種/個体間多様性が普遍的な現象として観察されるのかを公開データをもとに検証する。

次年度使用額が生じた理由

PC装備品の価格変動による差額。
PCの解析能力のさらなる向上に使用する。

  • 研究成果

    (3件)

すべて 2024 2023

すべて 雑誌論文 (1件) (うち査読あり 1件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (2件) (うち国際学会 2件)

  • [雑誌論文] A predisposed motor bias shapes individuality in vocal learning2024

    • 著者名/発表者名
      Toji Noriyuki、Sawai Azusa、Wang Hongdi、Ji Yu、Sugioka Rintaro、Go Yasuhiro、Wada Kazuhiro
    • 雑誌名

      Proceedings of the National Academy of Sciences

      巻: 121 ページ: e2308837121

    • DOI

      10.1073/pnas.2308837121

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] Species-specific vocal learnability associated with transcriptomic signatures in glutamatergic projecting neurons in songbirds2023

    • 著者名/発表者名
      Noriyuki Toji, Yukino Shibata, Shoji Tatsumoto, Yasuhiro Go, Kazuhiro Wada
    • 学会等名
      International Bioacoustics Society/Congress
    • 国際学会
  • [学会発表] Cellular evolution in neuronal circuits regulating vocal behavior in songbirds2023

    • 著者名/発表者名
      Noriyuki Toji, Yukino Shibata, Shoji Tatsumoto, Yasuhiro Go, Kazuhiro Wada
    • 学会等名
      23rd International congress of genetics
    • 国際学会

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公開日: 2024-12-25  

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