ネムリユスリカの乾燥無代謝休眠を支えるゲノムの進化

2013 年度 実績報告書

• 研究領域: 複合適応形質進化の遺伝子基盤解明
• 研究課題/領域番号: 25128714
• 研究種目: 新学術領域研究(研究領域提案型)
• 研究機関: 独立行政法人農業生物資源研究所
• 研究代表者: 黄川田 隆洋 独立行政法人農業生物資源研究所, 昆虫機能研究開発ユニット, 主任研究員 (60414900)
• 研究期間 (年度): 2013-04-01 – 2015-03-31
• キーワード: ゲノム / 進化 / 昆虫 / 乾燥耐性 / 複合適応形質

研究概要

乾燥無代謝休眠するネムリユスリカが、乾燥に適応する過程で高頻度の遺伝子重複が生じさせたことをつきとめた。ARIdと命名したこの領域には、LEAタンパク質やチオレドキシンのような乾燥耐性に関連した遺伝子がタンデムに多重化した状態で存在していた。そこで本研究は、ネムリユスリカのドラフトゲノム解析を深化させつつ、ARIdを構成する遺伝子の塩基配列情報を個体群間や種間で比較し、それらがコードするタンパク質の機能分化を調べることで、乾燥しても死に至らないという生命現象を可能にした進化過程を明らかにする。
これまで、ナイジェリア個体群を用いてネムリユスリカのゲノム解析を行ってきた。ネムリユスリカは、アフリカの半乾燥地帯に広く点在することが分かっている。そこで、マラウィ個体群を採集し、HiSeq2000(100bp, Paired-end)によるゲノム解析を行った。その結果、56,450,317 x 2リード（11,290,063,400 bp）が得られた。Depthは、およそ100倍に相当した。現在、変異データと遺伝子アノテーション情報を合わせた解析、および、個体群に特異的な遺伝子の抽出などを進めている。
マラウィ個体群のゲノムにも、LEAタンパク質やチオレドキシンを含むARIdは存在していたが、パラログ化した遺伝子の種類が、両個体群間で異なっていた。共通の祖先型のゲノムから、2つの個体群がそれぞれの経路で進化したことを示唆していると思われる。

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

当初の計画通りに、ネムリユスリカ以外のユスリカのサンプリングを終え、マラウィ個体群のゲノムリシーケンスも終了した事から、おおむね順調に進展していると考えている。

今後の研究の推進方策

・ARIDを構成する遺伝子ファミリーの進化：アフリカの半乾燥地帯に点在するネムリユスリカの個体群と、生息地域を同じくする他種のユスリカのゲノム比較をすることで、ネムリユスリカの乾燥耐性機能の進化過程を考察する。
・ネムリユスリカ特異的に存在するLEAタンパク質の機能分化：乾燥耐性生物に特異的に存在するLEAタンパク質に着目し、各パラログの発現解析と機能解析を行うことで、水平伝播と遺伝子多重化がもたらしたタンパク質の機能分化の可能性を探る。

研究成果

• [雑誌論文] An abundant LEA protein in the anhydrobiotic midge, PvLEA4, acts as a molecular shield by limiting growth of aggregating protein particles (2013)
  • 著者名/発表者名: Hatanaka R, Hagiwara-Komoda Y, Furuki T, Kanamori Y, Fujita M, Cornette R, Sakurai M, Okuda T, Kikawada T
  • 雑誌名: Insect Biochemistry and Molecular Biology 巻: 43 ページ: 1055-1067
  • DOI: 10.1016/j.ibmb.2013.08.004
  • 査読あり
• [雑誌論文] Diversity of LEA-like proteins and its mRNA expression in the sleeping chironomid (2013)
  • 著者名/発表者名: Gusev O, Hatanaka R, Cornette R, Kikawada T
  • 雑誌名: 低温生物工学会誌 巻: 59 ページ: 47-50
  • 査読あり
• [雑誌論文] ネムリユスリカにおけるアンヒドロビオシス誘導機構の分子基盤の解明 (2013)
  • 著者名/発表者名: 黄川田隆洋
  • 雑誌名: 低温生物工学会誌 巻: 59 ページ: 9-13
  • 査読あり
• [学会発表] Oxidative stress and anhydrobiosis in the desiccation-tolerant midge, Polypedilum vanderplanki (2014)
  • 著者名/発表者名: Cornette R, Iwata K, Gusev O, Hatanaka R, Okada J, Kikawada T, Okuda T
  • 学会等名: New Frontiers in Anhydrobiosis
  • 発表場所: ポミシェ、フランス
  • 年月日: 20140323-20140327
• [学会発表] Morphological changes associated with induced complete desiccation resistance in the cell line derived from an anhydrobiotic insect (2014)
  • 著者名/発表者名: Evtugyn V, Okada J, Shagimardanova E, Okuda T, Kikawada T, Gusev O
  • 学会等名: New Frontiers in Anhydrobiosis
  • 発表場所: ポミシェ、フランス
  • 年月日: 20140323-20140327
• [学会発表] Comparative genome sequencing reveals genomic signature of desiccation tolerance in the anhydrobiotic midge (2014)
  • 著者名/発表者名: Gusev O, Suetsugu Y, Cornette R, Kawashima T, Logacheva M, Kondrashov A, Penin A, Hatanaka R, Kikuta S, Shimura S, Katayose Y, Matsumoto T, Shagimardanova E, Alexeev D, Govorun V, Wisecaver J, Mikheyev A, Koyanagi R, Nishiyama T, Shigenobu S, Shibata T.F, Galygina V, Hasebe M, Okuda T, Satoh N, Kikawada T
  • 学会等名: New Frontiers in Anhydrobiosis
  • 発表場所: ポミシェ、フランス
  • 年月日: 20140323-20140327
  • 招待講演
• [学会発表] Comprehensive characterization of LEA proteins in the anhydrobiotic midgePolypedilum vanderplanki (2014)
  • 著者名/発表者名: Hatanaka R, Gusev O, Suetsugu Y, Cornette R, Okada J, Okuda T, Kikawada T
  • 学会等名: New Frontiers in Anhydrobiosis
  • 発表場所: ポミシェ、フランス
  • 年月日: 20140323-20140327
• [学会発表] Construction of optimized CRISPR/Cas system to research the anhydrobiosis in the sleeping chironomid (2014)
  • 著者名/発表者名: Okada J, Kikuta S, Gusev O, Suetugu Y, Cornette R, Yamamoto T, Kikawada T
  • 学会等名: New Frontiers in Anhydrobiosis
  • 発表場所: ポミシェ、フランス
  • 年月日: 20140323-20140327
• [学会発表] Anhydrobiosis vs. aging: comparative genomics of protein repair L-isoaspartyl methyltransferases in the sleeping chironomid (2013)
  • 著者名/発表者名: Gusev O, Suetsugu Y, Shagimardanova E, Kikawada T
  • 学会等名: 第36回日本分子生物学会年会
  • 発表場所: 神戸
  • 年月日: 20131202-20131206
• [学会発表] ネムリユスリカLEAタンパク質は分子シールドとして乾燥によるタンパク質の凝集形成を抑制する (2013)
  • 著者名/発表者名: 畑中理恵, 黄川田隆洋
  • 学会等名: 第36回日本分子生物学会年会
  • 発表場所: 神戸
  • 年月日: 20131202-20131206
• [学会発表] カラカラに干からびても死なない生物のゲノム (2013)
  • 著者名/発表者名: 黄川田隆洋, Gusev O, 末次克行, Cornette R, 畑中理恵, 菊田真吾, 志村幸子, 奥田隆
  • 学会等名: 第36回日本分子生物学会年会
  • 発表場所: 神戸
  • 年月日: 20131202-20131206
  • 招待講演
• [学会発表] ネムリユスリカの乾燥耐性遺伝子検索のためのゲノム編集技術の構築 (2013)
  • 著者名/発表者名: 岡田淳, 菊田真吾, Gusev O, 末次克行, Cornette R, 山本卓, 黄川田隆洋
  • 学会等名: 第36回日本分子生物学会年会
  • 発表場所: 神戸
  • 年月日: 20131202-20131206
• [学会発表] ユスリカ科における小さいゲノムサイズと極限環境に対する適応能力 (2013)
  • 著者名/発表者名: コルネット・リシャー, グセフ・オレグ, 志村幸子, 黄川田隆洋, 奥田隆
  • 学会等名: 極限環境生物学会第14回年会
  • 発表場所: 明治大学（生田キャンパス）
  • 年月日: 20131026-20131027
• [学会発表] ネムリユスリカLEAタンパク質のin silico解析 (2013)
  • 著者名/発表者名: 畑中理恵, Gusev O, 末次克行, Cornette R, 黄川田隆洋
  • 学会等名: 極限環境生物学会第14回年会
  • 発表場所: 明治大学（生田キャンパス）
  • 年月日: 20131026-20131027
• [学会発表] Understanding the evolution of anhydrobiosis in the sleeping Chironomid, Polypedilum vanderplanki, by comparative genomics (2013)
  • 著者名/発表者名: Cornette R, Gusev O, Suetsugu Y, Okuda T, Kawashima T, Sato N, Nishiyama T, Hasebe M, Kikawada T
  • 学会等名: 5th International Symposium of Environmental Physiology of Ectotherms and Plants
  • 発表場所: ロンドン、カナダ
  • 年月日: 20130812-20130816
• [学会発表] Some like it dry: hsp in the sleeping chrionomid and their role in the complete desiccation resistance (2013)
  • 著者名/発表者名: Gusev O, Shagimardanova E, Rudakova N, Cornette R, Suetsugu Y, Kikawada T
  • 学会等名: FEBS Congress 2013
  • 発表場所: サンクトペテルブルク、 ロシア
  • 年月日: 20130706-20130711
  • 招待講演
• [学会発表] 動的光散乱法によるネムリユスリカLEAタンパク質の抗凝集活性測定 (2013)
  • 著者名/発表者名: 黄川田隆洋, 畑中理恵
  • 学会等名: 第58回低温生物工学会セミナー・年会
  • 発表場所: 関西大学
  • 年月日: 20130622-20130623
• [学会発表] 培養細胞の常温乾燥保存は可能になるのか？ ­―極限乾燥耐性昆虫ネムリユスリカのトレハローストランスポーターの応用­― (2013)
  • 著者名/発表者名: 黄川田隆洋
  • 学会等名: 第8回 トランスポーター研究会年会
  • 発表場所: 熊本大学
  • 年月日: 20130615-20130616
  • 招待講演