2020 Fiscal Year Research-status Report
雌雄二極化に伴う異性間コミュニケーション戦略進化の分子基盤解明
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17K07510
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| Research Institution | Hosei University |
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Principal Investigator |
豊岡 博子 法政大学, 生命科学部, 助手 (00442997)
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2017-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 異型配偶化 / 有性生殖進化 / ボルボックス系列 / 配偶子進化 / 性フェロモン |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、雌がつくる「卵」と雄がつくる「精子」が、それぞれ配偶子として誘導され、受精に至るまでに必須な「異性間コミュニケーション」が、雌雄の配偶子形態が未分化な同型配偶段階から進化した過程を解明することを目的とする。そのために単細胞モデル緑藻クラミドモナスに近縁で同型配偶・異型配偶・卵生殖という配偶子の雌雄二極化の各段階を包含する緑藻・ボルボックス系列を用いる。本研究では令和２年度も引き続き、この系列の雌雄二極化の初期段階にある異型配偶ユードリナに着目した研究を展開した。
ボルボックス系列では、雌雄二極化に伴って配偶子の誘導要因が「環境要因（窒素飢餓）」から性フェロモンを介した「異性間コミュニケーション」に移行したと考えられる。これまでの本研究の成果により、ユードリナの雄配偶子（精子）は、他個体の雄が培養上清中に放出する性フェロモンタンパク質によって誘導されることが分かっている。本年度は、研究代表者が研究機関を異動したため、新たな研究環境下でのユードリナの同調培養系、および性フェロモン投与による雄配偶子の誘導系の立ち上げを行った。またユードリナの配偶子誘導を遺伝子発現に基づいて検証するため、マーカー遺伝子として利用できるクラミドモナスの性/配偶子特異的な鞭毛接着因子アグルチニンSAG1/SAD1のユードリナオルソログ遺伝子の単離と発現解析を行った。その結果、雄側のアグルチニン遺伝子に相当するSAD1が、雄株特異的に有性生殖誘導によって発現上昇することを示した。今後、これらのアグルチニンを含む複数の性/配偶子特異的遺伝子をマーカーとした遺伝子発現解析によって、雄由来の性フェロモンが雌株に及ぼす影響を調査し、異型配偶段階での性フェロモンを介した「異性間コミュニケーション」の存在を検証することで、「配偶子誘導要因が環境要因から性フェロモンに切り替わった過程」の解明に迫る。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
4: Progress in research has been delayed.
Reason
「研究実績の概要」でも述べたように、令和２年度に研究代表者は研究機関を異動したが、2019年度末からの新型コロナウイルス感染症の感染拡大の影響で、物品等の移動をスムーズに行うことができず、完全な移動までに時間を要した。また移動が完了した後も、同感染症の影響で継続的に長時間実験室に滞在することが困難な状況が続いた。本研究の遂行には、研究代表者が確立したユードリナの同調培養系、および性フェロモン投与による雄配偶子誘導系の活用が必須であるが、これらの系の立ち上げには長期間継続してサンプルの状態を観察する必要があるため、上記のような状況下では系の再構築は困難と考えた。そこで本研究の目的に添った内容で研究計画を一部変更し、比較的短時間での実験室滞在でも実験可能な、クラミドモナスの性/配偶子特異的遺伝子であるアグルチニンSAG1/SAD1のユードリナオルソログの単離と発現解析をまず行った。その後、ユードリナの同調培養系・雄配偶子誘導系の再確立に着手し、現在（令和2年度末）までに概ね再現よく実験することが可能になった。
以上、新型コロナウイルス感染症の感染拡大という想定外の事態に直面したため、本研究は当初の計画と比して「遅れている」とせざるを得ない。しかしながら、既に新しい研究環境下での実験系再構築は概ね達成できており、さらに条件検討を加え、かつ令和２年度に同定したアグルチニン遺伝子を解析に含めることで、今後、当初の計画に即した研究課題の遂行が可能であると期待できる。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和３年度も引き続き、ボルボックス系列・異型配偶ユードリナを用い、性フェロモンを介した配偶子誘導の解析を展開する。まず、令和２年度までに単離した複数の性/配偶子特異的遺伝子をマーカーとして用い、リアルタイムPCRによる遺伝子発現定量解析を行うことで、異型配偶段階での性フェロモンを介した「異性間コミュニケーション」の存在を検証する。同解析の結果と、これまで本研究にて明らかにした性フェロモンによる雄配偶子（精子）の誘導の解析結果を併せて論文にまとめ、国際誌に投稿する。
またユードリナの性フェロモン同定を目指した解析についても継続して行う。具体的には、令和２年度までに行った質量分析から得られている23個の候補タンパク質について、雄配偶子特異的な遺伝子発現を示す因子をRNAシークエンスおよびリアルタイムPCR解析に基づき絞り込む。
これらの解析により、ユードリナの性フェロモンの作用、およびその分子実態を解析することで、ボルボックス系列における雌雄二極化に伴う性フェロモンを介した「異性間コミュニケーション」の進化過程を推察する。
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| Causes of Carryover |
「研究実績の概要」および「現在までの進捗状況」で述べたように、研究代表者は令和２年度に研究機関を異動し、新たな研究環境下で実験系を再構築する必要性があった。しかし令和元年度末からの新型コロナウイルス感染症の感染拡大の影響で、長期に渡る継続的な実験を行うことができなかった。そのため、本研究の成果を学術論文として発表するためには、令和３年度も実験系の条件検討や、リアルタイムPCRを用いた遺伝子発現解析等を実施する必要があり、そのための予算確保が必要である。また論文の投稿・掲載のための予算も必要である。
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[Journal Article] Three genomes in the algal genus Volvox reveal the fate of a haploid sex-determining region after a transition to homothallism2021
Author(s)
Kayoko Yamamoto, Takashi Hamaji, Hiroko Kawai-Toyooka, Ryo Matsuzaki, Fumio Takahashi, Yoshiki Nishimura, Masanobu Kawachi, Hideki Noguchi, Yohei Minakuchi, James G. Umen, Atsushi Toyoda, Hisayoshi Nozaki
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Journal Title
The Proceedings of the National Academy of Sciences
Volume: 118
Pages: e2100712118
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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