【研究分野】進化生物学

【研究領域課題番号】16K18591 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

シロアリ / 遺伝子 / 進化 / 社会性 / 連鎖解析 / ゲノム / 分業 / 遺伝子進化 / 昆虫

【研究成果の概要】

シロアリは、多数の個体が集合して社会を形成する。その社会では個体間での分業がおこなわれており、繁殖に専念する繁殖個体（女王・王）や、繁殖をせずに他個体への給餌等の利他行動を行う非繁殖個体（ワーカーなど）などが存在する。本研究ではシロアリの分業に関わる遺伝子、とくに非繁殖個体の個体発生に関わる遺伝子（不妊化遺伝子）を同定するため、交配実験や全ゲノム情報を利用した解析をおこなった。その結果、不妊化遺伝子が存在するゲノム領域の候補を絞り込むことができた。

【研究の社会的意義】

社会性の進化は、単細胞生物から多細胞生物細菌への進化と並ぶ、生物進化の大イベントであり、生物進化について理解を深めるために探究すべき重要な現象である。本研究では、特に複雑で巨大な社会を構築するシロアリにおいて、その社会性がどのような遺伝子によって生み出されるのかを解明することを目的とした。本研究の結果、シロアリの社会性に関わる遺伝子の候補を選定することができた。今後、それらの遺伝子の機能解析を行うことで、社会性を生み出す分子機構の解明につながる。

【研究種目】若手研究(B)

【研究期間】2016-04-01 - 2019-03-31

【配分額】4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円)

【研究分野】構成的システム生物学

【研究領域課題番号】15KT0078 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

ゲノム / 変異 / 遺伝子 / 遺伝子発現 / ゆらぎ / 大腸菌 / 変異率 / 進化 / ゲノム進化 / 進化生物学

【研究成果の概要】

本研究では、高頻度に変異が生じる条件で大腸菌を長期間培養し、蓄積したゲノム変異を解析した。得られた数千個の変異を解析した結果、ストレス応答に関わる遺伝子群に変異が集中しやすいことが分かった。また、増殖低下の要因は、有害変異の蓄積だけではなく、変異率増加そのものに起因することを突き止めた。さらに、変異は任意の塩基配列に完全にランダムに生じるのではなく、数塩基で構成される特定の塩基配列のモチーフに生じやすいことが分かった。これらの発見は、生じた変異への頑強さを付与する遺伝子の同定だけでなく、変異そのものが生じにくいゲノムを設計する上で重要な基礎的知見であると考えられる。

【研究の社会的意義】

変異は、遺伝情報に生じるエラーであり、病気の原因となるだけでなく、有用物質の生産性を低下させる原因になるなど、私たちの日常社会と深い関わりがあります。そのため、変異や変異の影響を抑制する原理の発見や技術開発が多くの学術分野で望まれています。本研究で得られた成果は、変異が細胞の増殖に与える悪影響に注目し、どのような遺伝子群が変異の有害作用の抑制に関わっており、どのような塩基配列であれば変異そのものが生じにくくなるかについて、示唆に富む情報を提供しています。本研究で得られた情報を基礎として発展させれば、変異に頑強でより安定な人工ゲノムを開発するなどの応用が可能になると期待されます。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2015-07-10 - 2019-03-31

【配分額】17,940千円 (直接経費: 13,800千円、間接経費: 4,140千円)

【研究分野】生物多様性・分類

【研究領域課題番号】26711024 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

種分化 / 進化 / ゲノム / 系統地理 / 遺伝子 / 繁殖行動 / 生殖隔離 / 適応進化

【研究成果の概要】

適応と生殖隔離の両方に同時に影響する形質である「魔法形質」は、すぐれて単純な種分化の機構として知られている。そのなかでも「カタツムリの巻型」は、形質状態がひとつの遺伝子で決定されるという点において特異な利点を持つ。本研究課題は、台湾東南部に分布するSatsuma属カタツムリの左巻き種群を対象に、巻型の進化過程を生態調査、系統地理学的解析、および交配実験によってあきらかにし、その結果をもとに巻型遺伝子を特定することを目的として実施された。その結果、当初の予想を上回る複雑な進化史が示唆され、遺伝子の特定には至らなかったものの、それらが同一の遺伝子により平行的に起源したという作業仮説は支持された。

【研究種目】若手研究(A)

【研究期間】2014-04-01 - 2018-03-31

【配分額】25,090千円 (直接経費: 19,300千円、間接経費: 5,790千円)

【研究分野】自然人類学

【研究領域課題番号】23687036 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

ゲノム多様性 / 生活習慣病 / SNP / モンゴル人 / 適応 / ゲノム人類学 / 遊牧生活 / 遺伝的多型 / 農耕 / 遊牧 / 進化 / メタボリック症候群 / 環境適応 / 遺伝子 / 遺伝的多様性 / 自然選択 / 牧畜 / 内臓脂肪 / 東アジア

【研究成果の概要】

遊牧民族であるモンゴル人と、農耕を中心的な生業としてきた日本人では、肥満などの生活習慣病への感受性に大きな差を示す。このような差は、両集団が異なる生業に遺伝的に適応してきたことに部分的に由来すると考え、ゲノム人類学・遺伝疫学的解析を展開した。その結果、モンゴル人と日本人などの農耕民族の間で、アルコール代謝、脂肪酸代謝、糖新生・解糖などに関与する遺伝子群や、脂肪蓄積に関連する遺伝子セットが大きな遺伝的分化を示すこと、内臓脂肪蓄積に関連する遺伝子多型が東アジア人で正の自然選択を受けていたことが明らかになった。

【研究種目】若手研究(A)

【研究期間】2011-04-01 - 2014-03-31

【配分額】12,220千円 (直接経費: 9,400千円、間接経費: 2,820千円)

【研究分野】進化生物学

【研究領域課題番号】23370096 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

ゲノム / 遺伝子 / 進化 / 環境適応 / トランスクリプトーム / 次世代シーケンサ / 遺伝子強制発現 / ショウジョウバエ / 遺伝学 / cDNA / 人為選択 / 塩基多様度 / 集団解析

【研究成果の概要】

本研究は、近年、分布を熱帯から温帯に急速に広げたアカショウジョウバエについて、低温環境への進化的適応の分子機構を明らかにすることを目的とした。温帯産と熱帯産の系統の間で低温耐性を比較したところ、平均して温帯産の低温耐性は熱帯産よりも高く、その大きな要因として低温順化の効果が高いことが分かった。そこで、アカショウジョウバエで低温順化によって発現量が変化する遺伝子を調べ、その発現量の変化をキイロショウジョウバエで遺伝子操作技術を用いて再現したところ、いくつかの遺伝子の発現量の変化が実際に低温耐性を向上させることが分かった。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2011-04-01 - 2014-03-31

【配分額】19,500千円 (直接経費: 15,000千円、間接経費: 4,500千円)

【研究分野】神経・筋肉生理学

【研究領域課題番号】21200010 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

視覚 / 聴覚 / 神経科学 / 生理活性 / 遺伝子 / 進化 / 嗅覚 / 生理活性物質 / 嗅覚受容体 / 新規機能性

【研究成果の概要】

嗅覚は、動物の進化の過程で最も古くから存在し、生命維持のために必要な行動に直接関与する重要な感覚である。ヒトやマウスの嗅覚受容体(odorant receptor: OR) 遺伝子は、系統発生学的にClass I とClass II OR の2つのサブファミリーに分類される。Class I OR は魚類OR に類似していることから、これまで進化の名残と考えられ、嗅覚研究の対象は主にClass II OR が中心となってきた。近年のゲノム解析の進展によって、Class I OR が魚類からヒトに至る ほぼすべての脊椎動物で維持されていることなどが明らかとなり、何らかの重要な生理機能を 持つことが示唆されている。本研究によって、陸棲哺乳動物唯一の水棲環境である羊水に、嗅神経細胞によって感知される匂い分子が存在することをマウス行動学実験、組織化学実験ならびに生理学実験によって明らかにした。また、マウス遺伝学的手法を用い、Class I OR を発現するトランスジェニックマウスの作製に成功した。この成果は、Class I OR 発現制御領域の存在を実証した世界で初めての成功例であり、遺伝子発現制御の解明だけでなく、今後標的とするClass I OR 発現細胞を特異的に可視化することが可能となり、Class I OR のリガンド探索に有用なツールとなる。

【研究種目】新学術領域研究(研究課題提案型)

【研究期間】2009 - 2011

【配分額】30,940千円 (直接経費: 23,800千円、間接経費: 7,140千円)

【研究分野】自然人類学

【研究領域課題番号】21687021 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

遺伝子 / 多型 / 人類 / 進化 / 中性脂肪 / コレステロール / 人類学 / 遺伝学 / 脂質 / ゲノム

【研究成果の概要】

本研究では、生活習慣の異なるアジア・太平洋地域の人類集団について、血清脂質量と関連する遺伝子多型・変異を調査し、その人類生物学的意義を探った。その結果、1)脂肪酸不飽和化酵素遺伝子の多型が血中脂質量に及ぼす効果が、モンゴル人と日本人で劇的に異なっており、これが食事中の不飽和脂肪酸組成の差異に起因する可能性を見出した。2)高脂血症抵抗性多型であるMLXIPL遺伝子のGln241His多型が、中央アジアの遊牧民族を起源とする幾つかの人類集団で高い頻度で存在しており、脂質がエネルギー源として優勢な遊牧生活において、同多型が適応的であることを示した。3)各種リポタンパク質受容体としてはたらくスカベンジャー受容体ファミリー遺伝子の再塩基配列決定を通して、タイ人では東アジア人・オセアニア人と比して多型・変異サイトが豊富に存在していることが明らかになった。これにより、マラリア抵抗性と脂質代謝との関連性についての新たな知見を加えた。4)さらに、血清脂質を標的とした関連解析では、性別や年齢に加えて内臓脂肪蓄積の程度を一致させた集団を用いることで、遺伝子多型・変異を効率よく検出できることを示した。

【研究種目】若手研究(A)

【研究期間】2009 - 2010

【配分額】11,050千円 (直接経費: 8,500千円、間接経費: 2,550千円)

【研究分野】進化生物学

【研究領域課題番号】21570240 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

機能進化 / 共進化 / 孵化酵素 / 遺伝子重複 / 卵膜 / 硬骨魚類 / 卵膜タンパク質 / 卵膜分解機構 / 新規機能遺伝子 / 遺伝子 / 進化 / 酵素

【研究成果の概要】

真骨魚類の孵化は、単一酵素系から、効率の良い2種(cladeIとII酵素)の分解系に進化したことがわかる。卵膜分解機構を調べるとcladeI酵素が祖先型活性を維持し、cladeII酵素は、2つの新たな卵膜切断点を獲得することで新規機能酵素へと進化したことが考えられる。新規切断点の獲得は、卵膜の配列変化が強く関与していることが示唆される。本研究は、基質と酵素の分子共進化をタンパク質機能のレベルで示した一例となる。

【研究種目】基盤研究(C)

【研究期間】2009 - 2011

【配分額】4,940千円 (直接経費: 3,800千円、間接経費: 1,140千円)

【研究分野】生物多様性・分類

【研究領域課題番号】20570083 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

進化 / 形態形成遺伝子 / 遺伝子 / 植物 / KNOX / LEAFY / 葉

【研究成果の概要】

本研究は大葉形成の制御機構の進化を明らかにするため,シダ植物の葉形態形成遺伝子の機能を特定することを目的とした.そのためリュウキュウトリノスシダの形質転換系の確立を目指した.アグロバクテリウを用いた形質転換系は確立出来なかったため、エレクトロポレーション法による形質転換系の確立を試みた.その結果,カルス,プロトプラストの形成,再分化に成功したものの,形質転換系の確立には至っていない。今後も形質転換系の確立を進め、葉の形態制御を明らかにしたい.

【研究種目】基盤研究(C)

【研究期間】2008 - 2010

【配分額】4,810千円 (直接経費: 3,700千円、間接経費: 1,110千円)

【研究分野】応用微生物学

【研究領域課題番号】19658032 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

進化 / 適応 / 変異修復 / フェノール / 遺伝子 / 発現調節

【研究成果の概要】

Comamonas testosteroni TA441 はフェノールを唯一炭素源として2〜3週間馴養することにより不可逆的にフェノール資化能を獲得する。これは、本菌は完全なフェノール分解酵素とフェノール応答転写活性化因子の遺伝子群(aph遺伝子群)を持つが、野生株では転写抑制因子AphSによりaph遺伝子群が発現抑制されており、馴養中にaphS遺伝子に突然変異が起こることで抑制が解除されるためである。昨年度の結果から、TA441のフェノール分解系は実験室環境の高フェノール濃度、高通気条件での増殖には不向きであり、自然生態系の低フェノール濃度、微好気条件での生存に適していることが示された。本年度はaph遺伝子が生理的に機能していることを検証するために、野生株と各種変異株の共培養を行い、培養後の占有率からCompetitive index (競争力指数)を求め、aph遺伝子の生存への寄与を調べた。栄養培地では、フェノール分解酵素を欠失したaph遺伝子欠損株の生育が不利になり、aph遺伝子が確かに生存に有利に働いていることが示された。逆に、aph遺伝子を高発現するaphs(リプレッサー)変異株では高濃度(5mM)のフェノール存在時に生育が不利になった。この原因は、高濃度のフェノールとフェノール酸化酵素の存在が酸化ストレスを引き起こすためと予想された。これらの結果は、実験室レペルでの増殖を指標とした場合には機能が見えずクリプティックと思われた遺伝子でも、Active but not culturable (ANC)のような形での生存に寄与していることを示唆するものであった。

【研究種目】萌芽研究

【研究期間】2007 - 2008

【配分額】3,500千円 (直接経費: 3,500千円)

【研究分野】人類学

【研究領域課題番号】19770214 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

進化人類学 / 人類遺伝学 / 生活習慣病 / 遺伝子多型 / 節約遺伝子 / 脂質 / アジア・太平洋地域 / MLXIPL / 遊牧民 / モンゴル人 / 遺伝子 / 進化 / 人類学 / 多型 / モンゴロイド

【研究成果の概要】

アジア・太平洋地域の人類集団について、糖尿病・肥満・高脂血症・高血圧症などとの関連が指摘されている遺伝子多型の分布および生物学的意義を調査したところ、太平洋地域の人類集団では、インスリン抵抗性や肥満と関連する遺伝子多型が他の人類集団よりも高頻度で見いだされ、また、モンゴル人やチベット人などの中央アジアの人類集団では、遊牧生活に伴う高脂肪食に適応的であると考えられる遺伝子多型の蓄積が確認された。

【研究種目】若手研究(B)

【研究期間】2007 - 2008

【配分額】3,780千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 480千円)

【研究分野】形態・構造

【研究領域課題番号】19570060 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

シロイヌナズナ / ヒメツリガネゴケ / カラマツ / ANGUSTIFOLIA / EvoDevo / 植物 / 遺伝子 / 進化 / 発生・分化 / 形態形成

【研究成果の概要】

ANGUSTIFOLIA(AN)遺伝子は、シロイヌナズナにおいて葉の細胞の横幅方向への極性伸長やトライコームの分岐数の制御に関わっている。ヒメツリガネゴケの持つ4つのAN遺伝子(PpAN)についてそれぞれ遺伝子破壊実験を行ったが、単一遺伝子の機能欠損では、野生型と異なる形態変化は生じなかった。また、PpAN1-1が茎葉体の茎の部分で強く発現することを見いだした。更に、カラマツ及びゼニゴケのAN遺伝子はシロイヌナズナ中でANと同等の機能を持つことを明らかとした。

【研究種目】基盤研究(C)

【研究期間】2007 - 2008

【配分額】4,550千円 (直接経費: 3,500千円、間接経費: 1,050千円)

【研究分野】社会心理学

【研究領域課題番号】19730384 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

遺伝と環境 / 進化 / 個人差 / 経済ゲーム / 公共財ゲーム / 双生児研究 / 進化心理学 / 行動遺伝学 / 双生児 / 社会的ジレンマ / 社会心理学 / 2D4D / 社会的態度 / 遺伝子

【研究成果の概要】

実験経済学で用いられる経済ゲームでの行動の個人差を双生児データを収集し、遺伝と環境の影響を検討した。統計分析に必要となる多量の双生児データを収集するためにWebサイトを用いて、戦略型の公共財ゲーム実験を実施した。282名の双生児を対象とした実験からは、他者の協力度が低いときの行動には遺伝、家族で共有する環境の影響とも小さいこと、他者の協力度が高いときの行動には、家族の共有環境の影響が大きいことが示唆された。また遺伝的個人差の進化にかんして、パーソナリティが内的環境として働き行動に影響するとした内的環境仮説を提唱し、他者一般への信頼感が、パーソナリティによって影響されることを明らかにした。

【研究種目】若手研究(B)

【研究期間】2007 - 2009

【配分額】3,800千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 600千円)

【研究分野】進化生物学

【研究領域課題番号】18657075 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

進化 / 遺伝子 / 環境 / 動物 / 受精 / 精子

【研究成果の概要】

マウス、ヒトのPLCZ遺伝子cDNA塩基配列を用いて、フグゲノムよりフグPLCZ遺伝子のゲノム塩基配列を決定した。さらにフグPLCZ遺伝子塩基配列をもとに、メダカゲノムデータベースよりメダカPLCZ遺伝子のゲノム塩基配列を決定し、メダカPLCZのcDNA塩基配列を予測した。この予測をもとにプライマーを設計し、メダカ(O. latipes、Hd-rR)精巣のcDNAライブラリよりメダカPLCZcDNAクローンを単離し、メダカPLCZcDNA塩基配列を決定した。メダカPLCZmRNAをin vitroにて合成し、マウス卵にマイクロインジェクションした結果、哺乳類PLCZと同様に、メダカPLCZもマウス卵においてカルシウムオシレーション反応誘発能を有することを確認し、魚類のPLCZも精子ファクターとしての機能を有し得ることを示した。また、哺乳類(マウス、ヒト、ラット)PLCZのcDNA塩基配列との比較から、メダカPLCZが核移行配列を欠いており、哺乳類(マウス、ヒト)PLCZとは異なってマウス卵核に移行しないことを見出した(Itoh, et. al., 2007)。
メダカPLCZ遺伝子の種間多様性を解明するために、Oryzias属の近縁種4種(ハイナンメダカ、インドメダカ、ルソンメダカ、セレベスメダカ)の精巣よりcDNAライブラリを調整し、インドメダカ、セレベスメダカのPLCZcDNA塩基配列を決定した。メダカ(O. latipes)は種内における遺伝的多様性が極めて大きいことが知られているが、インドメダカ、セレベスメダカのPLCZcDNA塩基配列はメダカ(O. latipes)のそれに非常に類似していた。受精関連遺伝子が大きな多様性を有することを予想していたが、今回得られた結果は全く正反対の結果であり、受精関連遺伝子は何らかの機構によってその多様性を制限されている可能性も考えられる。近縁種以外の魚種におけるPLCZ cDNA塩基配列を明らかにするために、シロサケ、ニシン、カタクチイワシ、ムギイワシ、イシモチ、ネンブツダイ、ゼブラフィッシュの精巣サンプルを収集し、解析を進めつつある。

【研究種目】萌芽研究

【研究期間】2006 - 2007

【配分額】2,900千円 (直接経費: 2,900千円)

【研究分野】層位・古生物学

【研究領域課題番号】15104009 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

進化 / 発生・分化 / 動物 / ゲノム / 遺伝子 / バイオミネラリゼーション / 形態形成 / 軟体動物 / 貝殻形成 / 発生進化学 / 発生遺伝学 / Lymnaea

【研究成果の概要】

本計画では,(1)貝殻形成のマスター遺伝子,(2)貝殻分泌の制御因子,(3)貝殻の左右非対称性の制御因子の単離・同定と機能の解明を通して,貝殻の進化過程や進化機構を考察することを目的とした研究を行い,以下の成果を得た.
(1) 殻体形成のマスター遺伝子
転写調節因子engrailedと分泌成長因子dppのモノアラガイでの相同遺伝子の発現パターンを調べた結果engrailedは他の軟体動物と同様に貝殻腺の周縁において発現している一方で,dppはカサガイとは異なり,陥入している貝殻腺の右側で発現していることを発見した.
(2) 貝殻分泌の制御タンパク質
モノアラガイを含む有肺類8種から貝殻基質タンパク質ダーマトポンティンを同定して系統解析を行い,有肺類の中で少なくとも2回独立に遺伝子重複が起きたこと,化石記録との比較からその重複は中生代以降に起きたことを明らかにした.また,アコヤガイでは,著しくアスパラギン酸に富んだ超酸性貝殻基質タンパク質アスペインの構造を明らかにし,アスペインがカルサイトの選択的沈殿の制御因子であることを発現パターンの解析とin vitroの結晶成長実験によって示した.
(3) 巻貝の巻きの制御因子
モノアラガイの左巻き個体の外套膜の左側と右側で非対称的に発現している遺伝子をHiCEP法を用いて網羅的に探索し,合計11588個の遺伝子が外套膜で発現していること,また左右で発現量が有意に異なる遺伝子が数十に及ぶことを示した.左右で大きな変動を示す20個の遺伝子について,その構造と機能の解析を継続して行っている.

【研究種目】基盤研究(S)

【研究期間】2003 - 2007

【配分額】106,210千円 (直接経費: 81,700千円、間接経費: 24,510千円)

【研究分野】人類学(含生理人類学)

【研究領域課題番号】09740647 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

霊長類 / 新世界ザル / オプシン / 視物質 / 色覚 / 進化 / 遺伝子 / 原猿

【研究成果の概要】

新世界ザルであるコモンマーモセットとヨザルは従来の仮説と異なり複数の赤緑視物質遺伝子をもつことが前年度に示唆された。そこでこのことを検証するために各々のオス個体よりゲノムライブラリーを作成し赤緑視物質遺伝子の単離を試みた。そしてこれら2種において実際に複数の異なる赤緑視物質遺伝子の単離に成功した。コモンマーモセット赤緑視物質遺伝子にはp561、p556、p543の3表現型が知られているが、単離された遺伝子は塩基配列からp561とp543をコードしていることがわかった。コモンマーモセット計30個体に対するサザンハイブリダイゼーションからp556に特有のバンディングパターンを推定することを得たため、それを示す個体の網膜より赤緑視物質遺伝子cDNAを単離し、塩基配列からそれがp556であることを確認した。さらに視物質再構成実験によりこれらの遺伝子産物の吸光特性も予想される表現型と一致することを確認した。これらによりオスに2種類の表現型に対応する遺伝子を持つ個体がいることが明らかとなった。FISH(fluorescent in situ hybridization)分析の結果、コモンマーモセットにおいてもヨザルにおいても赤緑視物質遺伝子はX染色体長腕端に位置し、他の染色体上には存在しないことを明らかにした。しかしながらコモンマーモセットの家系を用いて三型の遺伝様式の解析を行った結果、オスにおける赤緑視物質遺伝子の複数性は二卵性双生児胚間の血液交換によるものであり、複数の遺伝子座位が存在するわけではないことが明らかになった。一方、ヨザルにおいては5種類の赤緑視物質遺伝子が単離されたが、それらのうち4遺伝子は終止コドンにより翻訳領域が中断されており、機能しているのは1種類のみと考えられた。これらの結果は従来の新世界霊長類色覚遺伝子に関するX染色体性1座位3対立遺伝子仮説にゲノム解析学的根拠を与えるものであった。

【研究種目】奨励研究(A)

【研究期間】1997 - 1998

【配分額】2,300千円 (直接経費: 2,300千円)