TrBase: a genome and transcriptome database of Temnopleurus reevesii

S. Kinjo, M. Kiyomoto, H. Suzuki, T. Yamamoto, K. Ikeo, S. Yaguchi.

Development Growth & Differentiation 2022 May 19 DOI:10.1111/dgd.12780

プレスリリース資料

ウニは古くから発生生物学や細胞生物学の教育・研究材料として世界中で利用されています。日本においては、バフンウニ（Hemientrotus pulcherrimus）が主に用いられており、本研究グループでは、2018年にバフンウニの全ゲノム解読を行い、公的に利用できる遺伝子のデータベースHpBaseを作成し発表しています。一方で、バフンウニは受精卵から成長した個体が次の世代を生み出すまでの性成熟サイクルが１〜２年と長く、世代を超えて伝わる遺伝形質を解析するための対象としては不向きでした。そこで、新たなモデルとなるウニの確立を目指し、さまざまなウニの発生や成長を調べたところ、ハリサンショウウニ（Temnopleurus reevesii）の性成熟サイクルが約半年と非常に短いことを発見し、ノックアウト系統を作成することなどによって、その有用性を示してきました。

本研究では、ハリサンショウウニの全ゲノム情報を解読するとともに、公的に利用できる遺伝子のデータベースTrBaseを作成し公開しました。これにより、ハリサンショウウニが、ゲノム情報の整備されたモデル生物として、より多くの研究者や教育者に利用可能となり、ウニの発生や成長を司る遺伝子機能の解析などの基礎研究のみならず、水産などの応用研究や教育分野での活用などに貢献することが期待されます。

本研究は、科学技術振興機構（JST） が助成する戦略的創造研究推進事業 さきがけ「多細胞システムにおける細胞間相互作用とそのダイナミクス」研究領域（JPMJPR194C；2019-2022年度）および研究成果最適展開支援プログラムA-STEP「産学共同 (本格型)」（JPMJTR204E;2020-2025年度）、日本学術振興会が助成する科学研究費基盤（B）（26290070; 2014-2016年度）、科学研究費基盤（C）(JP19K06736; 2019-2021年度)、ゲノム支援（221S0002）によって実施されました。

次世代シーケンサー解析プラットフォーム「Maser」が本研究の基盤の一つになっています。

Developmental Independence of Median Fins From the larval Fin Fold Revises Their Evolutionary Origin

Kazuhide Miyamoto, Koichi Kawakami, Koji Tamura, Gembu Abe＊
＊責任著者

Scientific Reports (2022) 12, 7521 DOI:10.1038/s41598-022-11180-1

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魚類の正中ヒレ(背ビレ・尻ビレ・尾ビレ)は、遊泳などにおいて重要な器官です。正中ヒレの発生・進化の過程については、150年前に提唱された、膜ヒレからの「削り出し」で形成されるという仮説が信じられてきました。東北大学大学院生命科学研究科の宮本知英氏（博士課程前期学生）・阿部玄武助教（現・鳥取大准教授）らのグループは、情報・システム研究機構国立遺伝学研究所の川上浩一教授と共同研究を行い、熱帯魚ゼブラフィッシュを用いて背ビレの発生過程を分子・細胞レベルで解析しました。この結果から、背ビレは発生初期に作り出される一続きの膜ヒレとは独立した「背ビレを作る細胞の出現と増殖」によって形成されることを明らかにしました。これは、背ビレは祖先の持つ一続きのヒレから「削り出された」のではなく、「膜ヒレとは独立な細胞が出現・増殖する発生メカニズム」の新たな出現によって正中ヒレが獲得されたことを示唆するもので、ヒレの進化的起源の新たな仮説を提案する重要な報告になります。本研究結果は、5月7日付でScientific Reports誌に掲載されました。本研究は、文部科学省科学研究費補助金および笹川科学研究助成の支援を受けて行われました。

遺伝研の貢献： 国立遺伝学研究所では、独自に開発したトランスポゾンを用いた遺伝子トラップ技術により、発生段階において、さまざまな組織・細胞・器官を可視化できるトランスジェニックゼブラフィッシュを2000系統以上作製してきました。それらを元に、国内外の発生生物学・神経科学研究者と共同研究を展開しています。

The extra-embryonic space and the local contour are critical geometric constraints regulating cell arrangement

*Sungrim Seirin-Lee, Kazunori Yamamoto, *Akatsuki Kimura
*Corresponding authors

Development (2022) 149, dev200401 DOI:10.1242/dev.200401

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「タマゴはどんな形？」と聞かれたら、多くの方は「楕円（だえん）形」と答えると思います。科学者も生物の卵の中で起こっている現象を考えるときに、卵の形を楕円形（数学的には(x/a)²+(y/b)²+(z/c)²=1）とみなして数値シミュレーションなどを行ってきました。国立遺伝学研究所・細胞建築研究室でも、以前に線虫の卵殻を楕円形とみなした数値シミュレーションを行い、卵殻内で細胞が配置する様子をかなり正確に再現・説明できることを示してきました[1]。しかしながら、この研究の中で、「逆T字型」と名付けられた細胞配置だけは、卵の形を楕円形とみなした当時の数値シミュレーションでは再現できていませんでした。卵殻内での細胞の配置は、隣接する細胞間のコミュニケーションに影響するため、正常な個体発生に重要な役割を果たします。

今回、京都大学の李聖林教授はフェーズフィールド法という数値計算方法を用いることによって任意の卵殻の形状の中での細胞配置を予想するシミュレーションを開発しました。そして、国立遺伝学研究所の木村暁教授、神奈川工科大学の山本一徳助教が取得した実験データを用いて、卵の形を線虫の実際の卵殻の形に正確に合わせた数値シミュレーションを行いました。すると、卵の形を楕円形としていた以前のシミュレーションでは再現できなかった「逆T字型」が再現できることを発見したのです。このことは、卵の形を楕円形と単純化していては細胞配置を説明できないことがあることを示しています。

実際の線虫の卵の形は楕円形ほどは先端が尖っていません。実際の卵で膨らんでいる部分の空間が細胞の配置に影響を与えていました。この発見を発展させて、李教授らは卵殻の中で細胞が占有していない「空き空間」が細胞の配置に重要であると数値シミュレーションで予想しました。木村教授は山本助教と協力し、実験的に線虫胚の空き空間を増やし、数値シミュレーションで予想された細胞配置の変化が実際に起きることを示しました。このことは、卵殻内の空き空間の少しの違いが細胞配置に決定的な影響を及ぼすことを示す重要な成果です。

本研究成果は米国科学雑誌「Development」に2022年5⽉12⽇（アメリカ東部標準時）に掲載されました。

[1] 2017年プレスリリース「はじまりは卵の形だった～初期胚における細胞の配置パターンの決定機構～」 論文：Yamamoto & Kimura, Development 2017 DOI: 10.1242/dev.154609

公募型共同研究・研究会「NIG-JOINT」「無脊椎動物初期胚における細胞表層の力の測定と種間比較」(83A2021)の課題遂行の一環として山本助教が国立遺伝学研究所訪問時に、本研究に関する議論をおこないました。

Paleogenomics reveals independent and hybrid origins of two morphologically distinct wolf lineages endemic to Japan.

Takahiro Segawa, Takahiro Yonezawa, Hiroshi Mori, Ayako Kohno, Yuichiro Kudo, Ayumi Akiyoshi, Jiaqi Wu, Fuyuki Tokanai, Minoru Sakamoto, Naoki Kohno, Hidenori Nishihara

Current Biology 2022 May 09 DOI:10.1016/j.cub.2022.04.034

プレスリリース資料

山梨大学、国立科学博物館、東京農業大学、東京工業大学、国立遺伝学研究所、山形大学、国立歴史民俗博物館などからなる研究グループは、日本列島に生息していたオオカミの化石を用いてゲノムDNAの解析と放射性炭素による年代測定に成功しました。その結果、従来のニホンオオカミの起源に関する定説を覆し、更新世の日本列島にはこれまで知られていない古い系統の大型オオカミが生息していたこと、またニホンオオカミの祖先は、更新世の古い系統のオオカミと最終氷期の後期に日本列島に入ってきた新しい系統の交雑により成立したことを初めて明らかにしました。本研究成果は、日本時間の2022年5月10日に米科学雑誌Current Biology（カレント・バイオロジー）電子版に掲載されました。

本研究は、日本学術振興会科研費（課題番号: 20K20942）、国立科学博物館の化学層序プロジェクトと国立歴史民俗博物館の直良信夫コレクション共同研究助成の支援を受けました。

遺伝研の貢献
遺伝研スパコンを活用した大規模配列解析により、ニホンオオカミのミトコンドリアドラフトゲノム配列の構築と核SNPデータの抽出を行いました。これにより他のオオカミ配列との分子系統解析や分岐年代推定等の詳細な解析を可能にしました。