雌雄同体生物が進化したメカニズムに迫る　タンパク質にならない非コード領域の「急速な進化」が関与

発表のポイント

モデル生物である線虫の仲間では、個体がオスとメスの両方の機能を持つ雌雄同体が複数の種で進化していますが、その進化学的なメカニズムはよくわかっていませんでした。
ゲノム中のタンパク質にならない配列（非コード領域）を網羅的に解析し、雌雄同体種では性に関わる遺伝子の近傍で加速的な進化が生じていることを解明しました。
雌雄同体の非コード領域を雌雄異体種の塩基配列と入れ替えることで、精子形成に関わる遺伝子の発現量を減少させることに成功しました。

概要

　多くの動物はオスとメスのどちらかの機能のみをもつ雌雄異体ですが、精子と卵の両方を作ることができる雌雄同体の種も存在します。雌雄異体から雌雄同体への進化は様々な生物種で起こっていますが、その進化メカニズムは分かっていません。
　東北大学大学院生命科学研究科の玉川克典研究員（現東京大学大気海洋研究所海洋生命システム研究系海洋生命科学部門特任研究員）、牧野能士教授、杉本亜砂子教授、東京大学大学院新領域創成科学研究科の菊地泰生教授をはじめとする研究グループは、複数の種で雌雄同体が進化してきた線虫の仲間を対象として、雌雄同体の進化に伴い急速に進化したゲノム中の非コード保存領域（CNE）^（注1）を網羅的に特定しました。さらに、雌雄同体のCNEを雌雄異体の種と入れ替えることで、精子の形成に関わる遺伝子の発現を変化させることに成功しました。
　本研究成果は、雌雄同体現象の進化メカニズムや非コード領域が進化に与える影響の解明につながると期待されます。本成果は 2024年9月13日（米国東部時間）に学術誌Science Advancesに掲載されました。

図. ゲノム編集による加速進化 CNE の機能の検証
精子の形成に関わる laf-1 遺伝子の近傍にある加速進化 CNE を検証するために、蛍光タンパク質 GFP と LAF-1 の融合タンパク質を発現する株を作出した。さらに、CNEを欠失させた線虫 (gfp::laf-1::delCNE) と CNE を雌雄異体の配列と置換した線虫 (gfp::laf-1::inoCNE) を作出したところ、精子を形成する領域で蛍光強度（laf-1 遺伝子の発現量）が有意に低下していた（*, FDR < 0.05）。

【用語説明】

注1. 非コード保存領域（CNE）
種を越えて高度に保存されているゲノム中の非コード領域のこと。機能はわかっていない点も多いが、遺伝子発現の制御などに関わることが報告されている。Conserved Non-coding Element（CNE）またはConserved Non-coding Sequence（CNS）とも呼ばれる。

【論文情報】

Katsunori Tamagawa*, Mehmet Dayi, Simo Sun, Rikako Hata, Taisei Kikuchi, Nami Haruta, Asako Sugimoto*, Takashi Makino*. (2024) Evolutionary changes of non-coding elements associated with transition of sexual mode in Caenorhabditis nematodes. Science Advances
DOI：10.1126/sciadv.adn9913
URL：https://doi.org/10.1126/sciadv.adn9913

詳細（プレスリリース本文）

東北大学大学院生命科学研究科 Graduate School of Life Sciences, Tohoku University

東北大学大学院生命科学研究科 Graduate School of Life Sciences, Tohoku University.

研究成果