種間交雑時に交尾器不適合を引き起こす遺伝的実体の解明

阐明种间杂交过程中导致交配器官不相容的遗传实体

• 批准号: 20K06771
• 负责人: 田中 健太郎
• 金额: $ 2.83万
• 依托单位: Tokyo Metropolitan University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2020
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2020-04-01 至 2023-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20K06771/
• 关键词: 形態進化; ショウジョウバエ; 交尾器; 種分化; 交尾器進化; 形態進化; ショウジョウバエ; 交尾器; 種分化; 交尾器進化

種間交雑時に生じる交尾器不適合は種と種を隔てる生殖的隔離の一端を担っている。これまでの研究から，性選択や性的対立によって交尾器形態が種固有の進化を遂げた結果，その副産物として種と種の間に交尾器不適合が生じているという考えが広く受け入れられているが，実際に，どの遺伝子が，どのように交尾器不適合を引き起こしているのかは未だ不明な点が多い。近縁種であるオナジショウジョウバエとモーリシャスショウジョウバエは研究室環境下で雑種を作成することが可能である。原因遺伝子を同定する際に従来の研究では、戻し交配をおこなうことで得られるマッピング集団を用いた遺伝子型表現型の関連を先ず明らかにする流れが主流であった。しかしながら従来の手法では多くの場合で遺伝子の絞り込みに時間と投力がかかるといったデメリットもあった。そこで本研究では、雑種個体で観察される異なる種由来のアリル間の遺伝子発現の違いを指標とすることでシス発現調節領域の変化が交尾器形態進化に寄与した可能性の高い候補遺伝子を直接的に探索する手法を用いた。これまでの研究実施状況から、lonely heart遺伝子を最有力候補遺伝子として得ている。この遺伝子はモーリシャスショウジョウバエのposterior lobe形成予定領域で強く発現しているのに対し、オナジショウジョウバエでは発現が検出されなかった。この遺伝子は細胞外マトリックスの構成因子として器官形成に重要な働きを持つことが知られてる。これに加え、細胞外マトリックスがposterior lobeの形成に必須であることも分かっている。ゲノム編集法を用いて、両種のlonely heart遺伝子を欠損した個体の作成にも成功しており、これら変異体を用いてlonely heartがposteior lobeの形態進化にどのように寄与したのか明らかにすることが今後の最重要課題となる。

种间交叉期间发生的交配不相容性在将物种与物种分开的生殖隔离中起作用。先前的研究已广泛接受这样的观念，即由于性选择和性冲突而引起的交配形态的特定物种演变导致物种之间的交配不相容为副产品，但仍不清楚哪些基因实际上会导致交配不相容，以及如何兼容。果蝇和毛里求果蝇的近亲可以在实验室环境中创建杂种。在先前的研究中，当鉴定因果基因时，主流趋势是首先使用通过反向交叉获得的映射种群来阐明基因型表型之间的关系。但是，常规方法也有缺点，例如缩小基因所需的时间和精力。因此，在这项研究中，我们使用了一种方法，我们直接搜索了候选基因，这些基因可能通过使用来自混合个体中观察到的不同物种的等位基因表达的差异来促进交配器官形态的演变。根据当前的研究状况，孤独的心脏基因已被作为最有可能的候选基因获得。该基因在毛里求斯果蝇的后叶形成区域中强烈表达，而在果蝇中未检测到表达。已知该基因在器官发生中具有重要作用，作为细胞外基质中的组成因子。另外，已经发现细胞外基质对于形成后叶至关重要。使用基因组编辑方法，缺乏两种物种的孤独心脏基因的个体也已成功创建，最重要的未来挑战是阐明孤独的心脏如何使用这些突变体对后叶的形态演变做出了贡献。