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竹花 佑介

竹花 佑介

竹花 佑介
(たけはな・ゆうすけ)
Yusuke Takehana

職位
准教授
学位
博士(理学)(新潟大学)
専門分野
遺伝学、発生生物学、系統学
研究キーワード
メダカ、多様性、性決定、性転換
所属
アニマルバイオサイエンス学科、発生遺伝学研究室
バイオサイエンス研究科 統合バイオ科学技術領域

略歴

  • 新潟大学大学院自然科学研究科生物圏科学専攻博士後期課程修了
  • 新潟大学自然科学系特任助教、基礎生物学研究所バイオリソース研究室助教を経て本学へ

発生遺伝学研究室

  • #メダカ
  • #多様性
  • #性決定
  • #性転換

発生遺伝学研究室

メダカは日本在来の野生動物であり、東南アジアには近縁種が30 種以上分布しています。また、メダカは生物学のさまざまな分野で利用されてきたモデル動物でもあります。研究室では、これらさまざまなメダカを使って、種内や種間における系統分化と、それに伴う性染色体や性決定遺伝子の進化について研究しています。

卒業研究テーマ例

  • メダカ近縁種における新規性決定遺伝子の機能解析
  • メダカ異種間における雑種性転換機構の解明
  • 滋賀県内の野生メダカにおける系統地理解析

メダカは日本在来の野生動物で、東南アジアには近縁種が30種以上分布しています(図1)。また、メダカは古くから生物学のさまざまな分野で利用されてきた実験動物でもあり、近交系や突然変異体など多くの系統が作出されてきました。私たちは、これら多様なメダカを使って、種内や種間における系統分化と、それにともなう性決定機構の進化、および生殖巣の性分化機構について研究しています。

メダカ属における性決定機構の進化

多くの脊椎動物では、個体のオス・メスは性染色体の組み合わせによって遺伝的に決定されています。私たちはこれまでに、メダカ属にはXY型とZW 型の性決定様式が混在し、性染色体の起源も種間で異なることを明らかにしてきました(図2)。さらに、メダカ属では次々と新規の性決定遺伝子が生まれ、それによって性染色体が独立に生じてきたことも明らかになってきました。これほどまでに多様な性染色体をもつグループは他に知られていません。メダカ属魚類をモデルとすることで、新規性決定遺伝子の実体を明らかにするとともに、その進化過程の解明を目指しています。

性転換を利用したメダカ性分化機構の解明

脊椎動物の性決定機構には著しい多様性が認められますが、性決定に続く精巣分化・卵巣分化の過程は動物種間で共通していることから、その分子機構には保存性が予想されます。私たちは、メダカ性分化関連突然変異体の解析、およびメダカ種間雑種における性転換現象の解析を通して、新規の性分化関連遺伝子の同定を目指しています。これにより、脊椎動物における性分化機構の共通性と多様性を明らかにしたいと考えています。

性転換を利用したメダカ性分化機構の解明

性転換を利用したメダカ性分化機構の解明

研究の応用領域
メダカを用いた毒性試験、水産魚の遺伝育種、遺伝性疾患の病因解明など
産官学連携で求めるパートナー
毒性学、水産学、医学分野に関わる大学、研究機関、企業など

The medaka Oryzias latipes is a small egg-laying freshwater fish endemic to Japan, and more than 30 Oryzias species have been described from Southeast Asia. This species has a long history as an experimental animal especially in Japan, and many inbred lines and mutants have been established so far. We are currently studying the evolution of sex determination mechanisms using Oryzias fishes with their phylogenetic framework, and the gonadal sex differentiation mechanisms using sex reversed mutants and hybrids.

Evolution of sex determination mechanisms in Oryzias fishes

Sex chromosomes harbor a primary sex-determining signal that triggers sexual development of the organism. However, independent evolution of sex chromosomes is widespread in non-mammalian vertebrates, suggesting that sex determination mechanisms are regulated by different genes and have evolved rapidly. Medaka fishes in the genus Oryzias have different sex chromosomes with different systems (XY and ZW), providing ideal condition for investigating the mechanisms that lead to the rapid turnover of sex chromosomes. We have isolated novel sex-determining genes on their sex chromosomes, and demonstrated that turnover of sex chromosomes is associated with the substitution of master sex-determining genes. We are investigating the sex determination pathway in different Oryzias species and the evolutionary mechanisms underlying the frequent turnover of sex chromosomes.

Gonadal sex differentiation mechanisms in medaka

Although diverse sex determination mechanisms have evolved in vertebrates, subsequent sex differentiation mechanisms establishing testis or ovary appear to be conserved. We are trying to isolate novel sex differentiation genes using sex reversal in spontaneous mutants of the medaka and in interspecific hybrids between different Oryzias species for unraveling conserved components in the vertebrate sex differentiation pathway.

  1. Kimura T, Takehana Y, Naruse K. pnp4a is the causal gene of the medaka iridophore mutant guanineless. G3: Genes, Genomes, Genetics 7, 1357-1363 (2017)

  2. Sagai T, Amano T, Maeno A, Kimura T, Nakamoto M, Takehana Y, Naruse Y, Okada N, Kiyonari H, Shiroishi T (2017) Evolution of Shh endoderm enhancers during morphological transition from ventral lungs to dorsal gas bladder. Nature Communications 8, 14300 (2016)

  3. Takehana Y, Sakai M, Narita T, Sato T, Naruse K, Sakaizumi M. Origin of the boundary populations in medaka (Oryzias latipes species complex). Zoological Science 33, 125-131 (2016)

  4. Myosho T, Takehana Y, Hamaguchi S, Sakaizumi M. Turnover of sex chromosomes in celebensis group medaka fishes. G3: Genes, Genomes, Genetics 5:2685-2691 (2015)

  5. Takehana Y, Matsuda M, Myosho T, Suster ML, Kawakami K, Shin-I T, Kohara Y, Kuroki Y, Toyoda A, Fujiyama A, Hamaguchi S, Sakaizumi M, Naruse K. Co-option of Sox3 as the male-determining factor on the Y chromosome in the fish Oryzias dancena. Nature Communications 5, 4157 (2014)