環境要因によりミジンコの性が雌雄に定位されるメカニズムの解明

2020 年度 実績報告書

• 研究領域: 性スペクトラム - 連続する表現型としての雌雄
• 研究課題/領域番号: 20H04923
• 研究機関: 大阪大学
• 研究代表者: 加藤 泰彦 大阪大学, 工学研究科, 准教授 (60415932)
• 研究期間 (年度): 2020-04-01 – 2022-03-31
• キーワード: オオミジンコ / 性スペクトラム / ダブルセックス遺伝子 / エピゲノム / 長鎖非コードRNA

研究実績の概要

環境要因によりオスを産むオオミジンコでは、Dsx1遺伝子の活性が減少すると性スペクトラム上の位置がオスからメスへと移動するが自然界では間性がほとんど観察されない。二値的に雌雄が産み出されるためには、メスでは Dsx1が転写後調節、エピゲノムのレベルで抑制されていることを示唆するデータを得ていた。今年度は、Dsx1 5′ UTR に結合する Shep による翻訳抑制を in vitro 翻訳システムを用いたルシフェラーゼアッセイにより明らかにした。さらに、Dsx1 5′ UTRとオーバーラップして合成される長鎖非コードRNAダパールによって、Shep依存性の翻訳抑制が解除されること、同様に Dsx1α 5′　UTR はShepの機能をキャンセルする機能を有することを見出した。これらのことから、ダパールはDsx1 5′ UTRとオーバーラップする領域を介して Shepのデコイとして機能し、それによってDsx1の発現を増加させるというモデルを提唱した。一方で、エピゲノムレベルでのDsx1遺伝子の制御メカニズムを解析するために、de novo DNAメチル化酵素DNMT3のオーソログであるDNMT3.1の変異体をCRISPR-Cas9を用いて作出した。DNMT3.1変異体に幼若ホルモンのアナログであるフェノキシカルブを曝露することでオスを誘導しその表現型を調べたが、オスのメス化は認められなかった。同様に変異体メスはオス化しないことも明らかとなり、 DNMT3.1 は性決定に関与しないことが強く示唆された。以上の結果から、オオミジンコの性スペクトラム形成の分子基盤が明らかとなった。

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

オオミジンコで二値的に雌雄を産み出すために必要な因子として転写後制御因子 Shep を同定し、長鎖非コードRNAダパールと Shep のクロストークのモデルを提唱できただけでなく、de novo DNAメチル化酵素のオーソログであるDNMT3.1の機能解析が進展したため。

今後の研究の推進方策

Dsx1 遺伝子の転写後調節メカニズムの理解をさらに深めるために、Shepと同様にDsx1の5′ UTRに結合するRNA結合タンパク質CELF1の機能を明らかにするとともに、Dsx1遺伝子を制御するエピゲノム制御因子を探索、同定する。そして、Dsx1遺伝子発現制御における転写後制御とエピゲノム制御の関係性について検討し、オオミジンコで二値的に雌雄が産み出されるメカニズムの全体像を解明する。

研究成果

• [雑誌論文] The freshwater water flea Daphnia magna NIES strain genome as a resource for CRISPR/Cas9 gene targeting: The glutathione S-transferase omega 2 gene (2022)
  • 著者名/発表者名: Byeon Eunjin、Kim Min-Sub、Kim Duck-Hyun、Lee Yoseop、Jeong Haksoo、Lee Jin-Sol、Hong Sung-Ah、Park Jun Chul、Kang Hye-Min、Sayed Alaa El-Din H.、Kato Yasuhiko、Bae Sangsu、Watanabe Hajime、Lee Young Hwan、Lee Jae-Seong
  • 雑誌名: Aquatic Toxicology 巻: 242 ページ: 106021～106021
  • DOI: 10.1016/j.aquatox.2021.106021
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Development of transgenic Daphnia magna for visualizing homology-directed repair of DNA (2022)
  • 著者名/発表者名: Fatimah Rizky Mutiara、Adhitama Nikko、Kato Yasuhiko、Watanabe Hajime
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 12 ページ: 2497
  • DOI: 10.1038/s41598-022-06526-8
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Cell-Free Synthesis of Human Endothelin Receptors and Its Application to Ribosome Display (2022)
  • 著者名/発表者名: Nakai Hiroki、Isshiki Kinuka、Hattori Masato、Maehira Hiromasa、Yamaguchi Tatsumi、Masuda Keiko、Shimizu Yoshihiro、Watanabe Takayoshi、Hohsaka Takahiro、Shihoya Wataru、Nureki Osamu、Kato Yasuhiko、Watanabe Hajime、Matsuura Tomoaki
  • 雑誌名: Analytical Chemistry 巻: 94 ページ: 3831～3839
  • DOI: 10.1021/acs.analchem.1c04714
  • 査読あり
• [雑誌論文] Mutation of the Cytochrome P450 <i>CYP360A8</i> Gene Increases Sensitivity to Paraquat in <i>Daphnia magna</i> (2021)
  • 著者名/発表者名: Religia Pijar、Nguyen Nhan Duc、Nong Quang Dang、Matsuura Tomoaki、Kato Yasuhiko、Watanabe Hajime
  • 雑誌名: Environmental Toxicology and Chemistry 巻: 40 ページ: 1279～1288
  • DOI: 10.1002/etc.4970
  • 査読あり
• [雑誌論文] Sense-overlapping lncRNA as a decoy of translational repressor protein for dimorphic gene expression (2021)
  • 著者名/発表者名: Perez Christelle Alexa Garcia、Adachi Shungo、Nong Quang Dang、Adhitama Nikko、Matsuura Tomoaki、Natsume Toru、Wada Tadashi、Kato Yasuhiko、Watanabe Hajime
  • 雑誌名: PLOS Genetics 巻: 17 ページ: e1009683
  • DOI: 10.1371/journal.pgen.1009683
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] DNMT3.1 controls trade-offs between growth, reproduction, and life span under starved conditions in Daphnia magna (2021)
  • 著者名/発表者名: Nguyen Nhan Duc、Matsuura Tomoaki、Kato Yasuhiko、Watanabe Hajime
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 11 ページ: 7326
  • DOI: 10.1038/s41598-021-86578-4
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Complete mitochondrial genome of the freshwater water flea <i>Daphnia magna</i> NIES strain (Cladocera, Daphniidae): Rearrangement of two ribosomal RNA genes (2020)
  • 著者名/発表者名: Lee Jin-Sol、Kim Duck-Hyun、Choi Beom-Soon、Kato Yasuhiko、Watanabe Hajime、Lee Jae-Seong
  • 雑誌名: Mitochondrial DNA Part B 巻: 5 ページ: 1822～1823
  • DOI: 10.1080/23802359.2020.1750995
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Oligosaccharides derived from dragon fruit modulate gut microbiota, reduce oxidative stress and stimulate toll-pathway related gene expression in freshwater crustacean Daphnia magna (2020)
  • 著者名/発表者名: Sangkuanun Thanwarat、Wichienchot Santad、Kato Yasuhiko、Watanabe Hajime、Peerakietkhajorn Saranya
  • 雑誌名: Fish & Shellfish Immunology 巻: 103 ページ: 126～134
  • DOI: 10.1016/j.fsi.2020.04.046
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Two Doublesex1 mutants revealed a tunable gene network underlying intersexuality in Daphnia magna (2020)
  • 著者名/発表者名: Nong Quang Dang、Matsuura Tomoaki、Kato Yasuhiko、Watanabe Hajime
  • 雑誌名: PLOS ONE 巻: 15 ページ: e0238256
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0238256
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Roles of and cross-talk between ecdysteroid and sesquiterpenoid pathways in embryogenesis of branchiopod crustacean Daphnia magna (2020)
  • 著者名/発表者名: Adhitama Nikko、Kato Yasuhiko、Matsuura Tomoaki、Watanabe Hajime
  • 雑誌名: PLOS ONE 巻: 15 ページ: e0239893
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0239893
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Production of genome-edited Daphnia for heavy metal detection by fluorescence (2020)
  • 著者名/発表者名: Arao Takuto、Kato Yasuhiko、Nong Quang Dang、Yamamoto Hiroshi、Watanabe Haruna、Matsuura Tomoaki、Tatarazako Norihisa、Tani Kazune、Okamoto Akira、Matsumoto Takeru、Watanabe Hajime
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 10 ページ: 21490
  • DOI: 10.1038/s41598-020-78572-z
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Caloric restriction upregulates the expression of<scp>DNMT3</scp>.1, lacking the conserved catalytic domain, in<scp><i>Daphnia magna</i></scp> (2020)
  • 著者名/発表者名: Nguyen Nhan Duc、Matsuura Tomoaki、Kato Yasuhiko、Watanabe Hajime
  • 雑誌名: genesis 巻: 58 ページ: e23396
  • DOI: 10.1002/dvg.23396
  • 査読あり
• [雑誌論文] Reduction of histamine and enhanced spinning behavior of <i>Daphnia magna</i> caused by <i>scarlet</i> mutant (2020)
  • 著者名/発表者名: Ismail Nur Izzatur Binti、Kato Yasuhiko、Matsuura Tomoaki、G?mez‐Canela Cristian、Barata Carlos、Watanabe Hajime
  • 雑誌名: genesis 巻: 59 ページ: e23403
  • DOI: 10.1002/dvg.23403
  • 査読あり
• [雑誌論文] Variations in effects of ectosymbiotic microbes on the growth rates among different species and genotypes of <i>Daphnia</i> fed different algal diets (2020)
  • 著者名/発表者名: Zhang Xuan、Ohtsuki Hajime、Makino Wataru、Kato Yasuhiko、Watanabe Hajime、Urabe Jotaro
  • 雑誌名: Ecological Research 巻: 36 ページ: 303～312
  • DOI: 10.1111/1440-1703.12194
  • 査読あり
• [雑誌論文] Biogenesis and Function of the Noncoding Isoform-Type LncRNAs (2020)
  • 著者名/発表者名: Kato Yasuhiko、Watanabe Hajime
  • 雑誌名: The Chemical Biology of Long Noncoding RNAs (RNA Technologies, 11) 巻: - ページ: 85～102
  • DOI: 10.1007/978-3-030-44743-4_3
• [学会発表] Functional analysis of the lncRNA interacting protein CELF2 in regulating the sex-determining gene dsx1 in Daphnia magna (2021)
  • 著者名/発表者名: Tirta, Y. K., Adachi, S., Perez, C.A.G., Nong, Q.D., Natsume, T., Kato, Y., Watanabe, H.
  • 学会等名: 第22回日本RNA学会年会
• [学会発表] Sense-overlapping lncRNA as a decoy of translational repressor protein for dimorphic gene expression (2021)
  • 著者名/発表者名: Perez, C.A.G., Adachi, S., Nong, Q.D., Adhitama, N., Natsume, T., Wada, T., Kato, Y., Watanabe, H.
  • 学会等名: 第22回日本RNA学会年会
• [学会発表] 遺伝子編集ミジンコを用いた環境水中のホルモン様活性のバイオモニタリング (2021)
  • 著者名/発表者名: Hsieh, L-C., 野田彩乃、Nikko Adhitama、加藤泰彦、渡邉肇
  • 学会等名: 第48回日本毒性学会学術年会
• [学会発表] 環境水のホルモン様活性可視化ミジンコの作製 (2020)
  • 著者名/発表者名: 加藤泰彦、野田彩乃、Nikko Adhitama、渡邉肇
  • 学会等名: 第47回日本毒性学会学術年会
• [学会発表] Functional analyses of Polycomb in Daphnia magna (2020)
  • 著者名/発表者名: Leim. J., Kato. Y., Watanabe, H.
  • 学会等名: 第43回日本分子生物学会年会
• [学会発表] オオミジンコ (Daphnia magna) の脂肪酸代謝における共生菌の機能解析 (2020)
  • 著者名/発表者名: 丸山樹生、加藤泰彦、渡邉肇
  • 学会等名: 第43回日本分子生物学会年会
• [学会発表] オオミジンコにおける生存戦略を決定する化学コミュニケーションの解明 (2020)
  • 著者名/発表者名: 西上旺希、加藤泰彦、渡邉肇
  • 学会等名: 第43回日本分子生物学会年会
• [学会発表] オオミジンコへのオーキシンデグロンシステムの導入 (2020)
  • 著者名/発表者名: 阪本寛菜、西村浩平、加藤泰彦、渡邉肇
  • 学会等名: 第43回日本分子生物学会年会
• [学会発表] DNMT3.1は、ミジンコ類の甲殻類Daphnia magnaの飢餓状態での寿命と、成長と繁殖力の間のトレードオフを制御します。 (2020)
  • 著者名/発表者名: Nguyen. N.、松浦友亮、加藤泰彦、渡邉肇
  • 学会等名: 第43回日本分子生物学会年会
• [学会発表] 甲殻類ミジンコにおけるメラニン生合成遺伝子の機能解析 (2020)
  • 著者名/発表者名: 林笑梨紗、加藤泰彦、渡邉肇
  • 学会等名: 第43回日本分子生物学会年会
• [学会発表] オオミジンコにおける非相同末端結合に関わる遺伝子のノックアウト (2020)
  • 著者名/発表者名: 宮地秀幸、Fatimah, R.M., 中西貴士、加藤泰彦、渡邉肇
  • 学会等名: 第43回日本分子生物学会年会
• [学会発表] Roles of and interaction between ecdysteroid and sesquiterpenoid biosynthesis genes in embryogenesis of Daphnia magna (2020)
  • 著者名/発表者名: Adhitama. N., Kato. Y., Matsuura, T., Watanabe, H
  • 学会等名: 第43回日本分子生物学会年会
• [学会発表] 5' UTR-overlapping lncRNA unlocks Doublesex1 translation by evicting the RNA binding protein Shep (2020)
  • 著者名/発表者名: Perez, C.A.G., Adachi, S., Nong, Q.D., Matsuura, T., Natsume, T., Kato, Y., Watanabe, H.
  • 学会等名: 第43回日本分子生物学会年会
• [学会発表] Functional analysis of lncRNA interacting protein CELF2 in regulating the sex-determining gene dsx1 in Daphnia magna (2020)
  • 著者名/発表者名: Tirta, Y. K., Adachi, S., Sumi, S., Perez, C.A.G., Nong, Q.D., Matsuura, T., Natsume, T., Kato, Y., Watanabe, H.
  • 学会等名: 第43回日本分子生物学会年会
• [学会発表] Development of transgenic Daphnia magna for visualizing homology directed repair of DNA double strand break (2020)
  • 著者名/発表者名: Fatimah. R. M., Kato. Y., Matsuura, T., Watanabe, H.
  • 学会等名: 第43回日本分子生物学会年会
• [学会発表] GAL4/UASシステムを用いたオオミジンコのエクシステロイド活性検出への応用 (2020)
  • 著者名/発表者名: 山本雄大、山崎勇人、加藤泰彦、渡邉肇
  • 学会等名: 第43回日本分子生物学会年会
• [学会発表] Molecular mechanism of adaptive sex ratio adjustment in the water flea Daphnia magna (2020)
  • 著者名/発表者名: Yasuhiko Kato, Quang D. Nong, Christelle Alexa G. Pelez, Nur Syafiqah Mohamad Ishak, Hajime Watanabe
  • 学会等名: EMBL Symposia "The Organism and its Environment"
  • 国際学会
• [学会発表] Monitoring of hormonal activities in the water flea Daphnia magna using genome editing tools (2020)
  • 著者名/発表者名: Yasuhiko Kato, Ayano Noda, Yudai Yamamoto, Yuto Yamazaki, Nikko Adhitama, Hajime Watanabe
  • 学会等名: EMBL Symposia "The Organism and its Environment"
  • 国際学会