アンドロゲン受容体の重複進化による、“かたちと繁殖行動”の多様化~魚類のオスの装飾的なかたちや求愛行動を爆発的に進化させた起爆剤を解明~

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 オスに特徴的な求愛行動、装飾的なかたち、派手な婚姻色の獲得進化は、多彩な繁殖戦略を可能とし、真骨魚類の爆発的な種分化と繁栄をもたらした重要な要因と考えられます。この進化には、約3億年前に真骨魚類の共通祖先で起きた全ゲノム重複が大きく貢献したことが予想されています。全ゲノム重複は、真骨魚類の美しさや多様化にどのような影響を与えたのでしょうか。重複した遺伝子の新たな役割の獲得や役割分担の道筋には謎が多く残されています。

 安齋賢 農学研究科特定准教授、荻野由紀子 九州大学准教授、渡辺英治 基礎生物学研究所准教授、亀井保博 同RMC教授、成瀬清 同特任教授、八杉公基 福井県立大学准教授、片山侑駿 岡山大学助教(研究当時)、坂本浩隆 同准教授、荻野肇 広島大学教授、宮川信一 東京理科大学准教授、佐藤友美 横浜市立大学教授、井口泰泉 同特任教授らの研究グループは、真骨魚類の系統で特異的に起きた全ゲノム重複により、男性ホルモン(アンドロゲン)の作用を遺伝子発現に変換するアンドロゲン受容体遺伝子のコピー数が2つに増えたことに着目し、メダカにおける2つの遺伝子コピーの役割について変異体を用いて詳しく比較しました。その結果、アンドロゲン受容体遺伝子が精子形成の役割を別の遺伝子に任せて、オスに特徴的な“かたち、体色、繁殖行動”に役割分担を進めて特殊化していったことを世界で初めて明らかにしました。

 アンドロゲン受容体遺伝子を1コピーしか持たない哺乳類などの動物では、脳や外生殖器の性分化、精巣機能の維持、精子形成など多岐にわたる役割が1つの遺伝子で担われています。このような場合、ある役割にとって有利な変化が、他の役割には必ずしも有利とならないため、遺伝子機能の変化は強く抑制されている(保存的である)と考えられます。真骨魚類ではコピー数が増えたことに加え、精子形成の役割を喪失したことがアンドロゲン受容体遺伝子にのしかかっていた進化の抑制を緩和し、アンドロゲン受容体の役割の急速な多様化を促した可能性が示唆されます。

 これまで、重複した遺伝子群は、祖先的な役割を保ちながら、役割を新たに獲得、あるいは分担することにより、より複雑な仕組みを作り上げると理解されてきました。今回の発見により、祖先遺伝子が体の中で担っていた役割を大胆に捨てて、かつコピー数を増やして仕事の分担を進めて特殊化していったことにより、真骨魚類の多様化と繁栄をもたらした美しく長いヒレや華麗な交尾ダンスが獲得されたと考えられます。魚の美しさや行動の多様化と全ゲノム重複による性ホルモン受容体遺伝子の重複進化との関連性を詳細に示した最初の例であり、生物の性的特徴の多様化とゲノム進化の関係を探る上で大きな一歩となる研究です。

 本研究成果は、2023年3月14日に、「Nature Communications誌」にオンライン公開されました。

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研究者のコメント

「メダカ変異体を用いてアンドロゲン受容体の機能を徹底的に解析することで、魚たちの多彩な性差を発現する仕組みの一端が見えてきました。今後は、メダカ科魚類の様々な種を研究対象として、オスの色やかたち、行動の多様性に着目し、その進化の謎に迫るような研究を展開したいと考えています。」(安齋賢)

研究者情報
書誌情報

【DOI】
https://doi.org/10.1038/s41467-023-37026-6

【書誌情報】
Yukiko Ogino, Satoshi Ansai, Eiji Watanabe, Masaki Yasugi, Yukitoshi Katayama, Hirotaka Sakamoto, Keigo Okamoto, Kataaki Okubo, Yasuhiro Yamamoto, Ikuyo Hara, Touko Yamazaki, Ai Kato, Yasuhiro Kamei, Kiyoshi Naruse, Kohei Ohta, Hajime Ogino, Tatsuya Sakamoto, Shinichi Miyagawa, Tomomi Sato, Gen Yamada, Michael E. Baker, Taisen Iguchi (2023). Evolutionary differentiation of androgen receptor is responsible for sexual characteristic development in a teleost fish. Nature Communications, 14:1428.