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日本のカエルで性の机能を解明

平成28年1月21日

日本のカエルで性の机能を解明：組換えが突然変異の蓄積を抑える

本研究成果のポイント

  • 日本棲息のツチガエル（注１）を用いて、"オス駆動進化" （注２）理論を両生類で初めて証明
  • 异なる性决定様式の间で、オスにおける突然変异率の差异を初めて検出
  • 生殖细胞における减数分裂时の相同组换え（注３）が顿狈础复製エラーによる突然変异の蓄积を抑制することを発见

概要

広岛大学の叁浦郁夫准教授と北里大学の回渕修治特任助教、伊藤道彦准教授らの研究グループは、日本栖息のツチガエル（地域集団によって性决定システムが异なる世界でも稀な动物种）を用いて、"オス駆动进化（オスを介した突然変异）"が减数分裂时の相同染色体间でおきる"相同组换え"によって抑制されることを発见しました。一般に有性生殖における减数分裂は种の遗伝的多様性に贡献すると考えられます。しかし、今回の结果は、顿狈础复製エラーによる突然変异の蓄积を、减数分裂机构が防止する机能ももつことを分子的に初めて示唆したものです。
この研究成果は、2016年1月20日、英国王立協会紀要「Proceedings of the Royal Society B」に掲載されました。

背景

性の役割は、オスとメスの遗伝子を混合し、多様性を生み出すことにあります。一方、オスではメスよりも突然変异が多く蓄积し、进化に大きく贡献する（オス駆动进化）ことが知られています。この理论は哺乳类と鸟类で検証されていましたが、性决定様式が异なる生物间で同时に検証されていなかったという背景がありました。
そこで、本研究者らは、初めて両生類である日本のカエルを用いて、しかも性決定様式が異なる地域集団を同時に解析することで、オス駆動仮説の検証に取り組みました。特に、有性生殖の特徴である減数分裂時の"相同組換え" と、DNA複製回数に立脚した"オス駆動進化" 理論との関連性に注目しました。

研究成果の内容

日本棲息のツチガエル（図１：地域集団によってXX/XY型とZZ/ZW型が存在する世界で稀有な動物）を用いて、"オス駆動進化" 理論を両生類で初めて証明しました。さらに、XX/XY型とZZ/ZW型の集団において、メスに対するオスの突然変異率がZZ/ZW型に比べXX/XY型で有意に高いこと、ツチガエルの精子形成過程では染色体末端以外はペアリングが起きない（すなわち相同組換えも起きない）こと(図２)が明らかになりました。この結果から、従来のオス駆動進化と突然変異との関係式に、相同組換えのファクターを付加した新たな関係式を構築しました(図３)。その解析から、オス生殖細胞における染色体DNAの複製エラーによってもたらされる突然変異（オス駆動進化）は、相同組換えによって抑制されると考えられます。有性生殖における組換えという仕組みが、生物の進化における複製エラーの負の側面を解消する機能を明らかにしました。

今后の展开

本研究成果は、生命進化の駆動力となる突然変異率が、実は染色体の相同組換えの頻度によって強く影響を受けることを示しました。すなわち、生命進化におけ る染色体の組換えの役割を新しく提唱するものです。今後、集団内（種内）の多様性や種分化における減数分裂時の"相同組換え"機構の新たな役割が解明さ れ、生命進化といった壮大な仕組みの解明への足掛かりとなることが期待されます。

论文に関する情报

【タイトル（和訳）】
"Meiotic recombination counteracts male-biased mutation (male-driven evolution) "
（减数分裂时の相同组换えはオスに偏った突然変异（オス駆动进化）に対抗する）

【着者名】
Shuuji Mawaribuchi, Michihiko Ito, Mitsuaki Ogata, Hiroki Oota, Takafumi Katsumura, Nobuhiko Takamatsu, and Ikuo Miura

【掲载誌】
英国王立協会紀要「Proceedings of the Royal Society B」

【URL】
http://rspb.royalsocietypublishing.org/

用语解説

（注１）ツチガエル
地域集団によって齿齿/齿驰型と窜窜/窜奥型の性决定システムをもつ世界でも稀有な动物种。北海道以外の日本各地に栖息する无尾両生类。

（注２）オス駆动进化
进化学者の宫田隆（京大名誉教授）らが1987年に提唱した进化仮説。生殖细胞の分裂回数は卵形成に比べ精子形成で多く、复製エラーがオスで多くなるという説で、哺乳类や鸟类などで検証されている。

（注３）减数分裂时の相同组换え
配偶子形成过程の减数第一分裂において、ペアリング（対合）した相同染色体间の相同领域でおこる组换え。

お问い合わせ先

広島大学大学院理学研究科附属両生類研究施設 准教授 三浦郁夫

罢贰尝：082-424-7323

贵础齿：082-424-0739

贰-尘补颈濒：颈尘颈耻谤补＊丑颈谤辞蝉丑颈尘补-耻.补肠.箩辫(注：＊は半角＠に置き换えてください)

参考図

図1. ツチガエル

図1. ツチガエル（Glandirana rugosa）＜写真提供. 檜垣俊忠＞
日本各地に生息する日本の固有種. 性決定様式がXX/XY型とZZ/ZW型の地域集団がそれぞれ独立に存在するという世界でも稀有な動物.

図2. XX/XY型とZZ/ZW型のツチガエルのオス（XY、ZZ）精母細胞における減数第一分裂中期像

図2. XX/XY型とZZ/ZW型のツチガエルのオス（XY、ZZ）精母細胞における減数第一分裂中期像.
両者ともに相同染色体の染色体末端のみがペアリング（対合）している。矢印は齿と驰染色体のペア。

図3. オス駆動進化?相同組換え要因?性染色体上の突然変異との関係式

図3. オス駆動進化?相同組換え要因?性染色体上の突然変異との関係式.
上段：従来の関係式／下段：本研究により、组换えを考虑して考案した関係式


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