脊椎動物の背骨を構成する椎骨の数は、重要な育種標的形質である。ブタでは椎骨数の増大に関する遺伝的多型が特定され[1]、肉量を増大する育種形質として実際に利用されている。しかしながら、魚類において椎骨数を制御する遺伝子の実体を特定し、その遺伝子操作によって肉量増加や形態異常の除去に成功した例は未だない。
魚類の椎骨数は、哺乳類と共通の体節分節および、魚類特異的な脊索鞘分節によって決定する（図1）。魚類の胚発生初期に形成される体節は将来筋肉や骨芽細胞に分化する部位であり、一定周期の分節構造を示す。また胚発生後期には、脊索を包む脊索鞘が周期的な石灰化によって分節する。魚類の椎骨形成は脊索鞘の石灰化領域を基盤とするため、椎骨数は脊索鞘の分節数と合致する[2]。脊索鞘の分節は体節の分節と独立の機構であるが、体節の分節数は脊索鞘の分節数に一定の影響を与える[3]。そのため魚類の椎骨数は、体節または脊索鞘の分節に影響を与える遺伝的要因によって決まると予想される（図1）。現に、体節分節に関与するマイクロ RNAの機能阻害はゼブラフィッシュの椎骨数増加を引き起こしている[4]。
メダカでは、近交系統を用いた研究から椎骨数に関与する領域が6座位得られている[5]。また野生メダカ集団では、水温の異なる生息域において遺伝的に椎骨数が異なることが報告されている[6][7]。そのため野生メダカ集団でも、椎骨数が少数の遺伝的要因により決定されうると予想される。近年、全国各地の野生メダカ90集団の全ゲノム多型情報が集積されつつあることから[8] 集団ゲノミクス解析および逆遺伝学的手法（ゲノム編集）を野生メダカに適用することで、魚類の椎骨数を決定する未知の遺伝的要因を特定できると考えた。
集団ゲノミクス解析を実施するにあたり、野生メダカ集団の椎骨数情報を集める必要がある。そこでまず、宇都宮大学保有の野生メダカ90集団をサンプリングし、マイクロCT装置を用いて椎骨数の計数を行った。得られた各集団の椎骨数データと遺伝的多型データを組み合わせた集団ゲノミクス解析を行なうことで、椎骨数に関与する遺伝的領域を特定する。最終的には逆遺伝学的手法によって、椎骨数を決定する遺伝的要因の特定を目指す。
[1]Mikawa et al. (2011) BMC Genet. [2]Gadow & Abbott. (1895) Philos Trans R Soc. [3]Lleras-Forero et al. (2018) eLife. [4]He et al. (2011) Dev Biol. [5]Kimura et al. (2012) G3: Genes Genomes Genet. [6]Jordan. (1891) Science. [7]Yamahira & Nishida. (2009) Biol J Linn Soc. [8]Naruse.ナショナルバイオリソースプロジェクト 令和4年度 中核的拠点整備プログラムゲノム情報等整備・基盤技術整備「次世代型メダカバイオリソース整備とその拠点形成」(データ未発表)
椎骨数の増大は、ブタ同様に魚類の可食部増大へとつながる可能性がある。しかし遺伝的基盤が不明なため、育種形質としては未だ利用されていない。そのため、魚類椎骨数決定因子の特定を目指す本研究は、 水産遺伝育種学分野における育種形質の新たな創造につながると考えられる。特にマダイのような椎骨が大きい魚種では、椎骨数の増大によって効果的に可食部位が増大すると期待される。
| 氏名 | コース | 研究室 | 役職/学年 |
|---|---|---|---|
| 原 里英 | プラットフォーム学卓越大学院プログラム | 京都大学農学研究科 応用生物科学専攻 海洋生物機能学研究室 | 博士1回生 |
| 木下政人 | その他の専攻・大学 | 京都大学農学研究科 応用生物科学専攻 海洋生物機能学研究室 | 准教授 |
| 松田勝 | その他の専攻・大学 | 宇都宮大学 バイオサイエンス教育研究センター | 教授 |
| 亀井保博 | その他の専攻・大学 | 基礎生物学研究所 | 教授 |
| 安齋賢 | その他の専攻・大学 | 京都大学農学研究科 ゲノム編集育種講座 | 特定准教授 |