BGI-Research主導の共同研究、ナンキョクオキアミのゲノム解析に新たな展開を切り拓く

深セン、2023年3月3日：中国、デンマーク、オーストラリア、イタリア、ドイツの複数の研究機関による研究チームがBGI-Research主導で、ゲノム配列データを用いて、成長、生殖、エネルギー代謝、極限環境への遺伝子適応などのナンキョクオキアミ形質の分子機構を分析しました。本研究成果は、Cell誌に掲載されました。

深セン, 中国, March 3, 2023 /EINPresswire.com/ — 中国、デンマーク、オーストラリア、イタリア、ドイツの複数の研究機関による研究チームがBGI-Research主導で、ゲノム配列データを用いて、成長、生殖、エネルギー代謝、極限環境への遺伝子適応などのナンキョクオキアミ形質の分子機構を分析しました。本研究成果は、Cell誌に掲載されました。

ナンキョクオキアミは、体長6cm、体重2gほどの小さなエビのような甲殻類ですが、地球上の野生動物の中で最大のバイオマスを持ち、南極海の生態系に欠かせない存在です。南極の海氷と、その生息域を構成する栄養豊富な植物プランクトンや藻類に依存し、ナンキョクオキアミは最も資源豊富な多細胞生物の一つとされています。

巨大なゲノムの研究

ナンキョクオキアミの研究において最大の課題の一つは、ゲノムの大きさであり、ヒトの約16倍もあります。また、遺伝子の重複が多く、非常に複雑であるため、この種の分子レベルの研究には限界がありました。
本研究では、研究グループは、ナンキョクオキアミを解析して、48Gbというこれまでで最大の動物ゲノム配列を得ることができました。これは、アフリカハイギョやオーストラリアハイギョの20〜30%程度、メキシコサンショウウオと比較すると50%程度の超えています。

ナンキョクオキアミのゲノムの特徴的な発見は、縦反復配列（タンデムリピート、TR）が92%以上と非常に高く、歴史の異なる時期に起きた2つの拡張イベントに由来することです。さらに、ナンキョクオキアミのゲノムでは、単位長が長い（50bp以上）TRの頻度が他の軟甲綱に比べて著しく高いことが発見されました。

環境適応力を探る

研究グループは、ナンキョクオキアミが合計25の遺伝子ファミリーを持ち、そのうち6つの遺伝子ファミリーは、オキアミが成長するにつれて外皮を剥がす脱皮とエネルギー代謝を管理し、南極環境でのライフサイクルを支えていることを明らかにしました。

また、本研究では、オキアミの体内時計を調べることができ、その概日リズムの基本的な遺伝子構造に関する知見が得られたことも特筆します。オキアミの体内時計が制御していると考えられる625個の遺伝子をゲノム解析によりスクリーニングした結果、オキアミの体内時計が制御していると考えられる625個の遺伝子を発見しました。哺乳類やミバエなど他の生物と比較したところ、オキアミの概日リズムの主要回路はこれらの他の生物と一致していた一方、フィードバック経路のいくつかの遺伝子は異なる発現レベルを示していることが分かりました。

適応性の観点からは、これらの後者の遺伝子は、ナンキョクオキアミが極低温や異なる光条件下でもエネルギーを節約して生存できるような身体的資質や行動パターンを進化させた可能性を示唆しています。。

個体群動態の観察

オキアミの個体数を遺伝子の観点から理解するため、バイオマスの多い南方海域4カ所から75個体を採集しました。研究グループの分析により、3つの重要な疑問に答えることができました。

まず、ナンキョクオキアミは遺伝的に均質なのか、それとも多様なのか？この目的のために、ゲノム配列の決定と比較により、合計3億6,500万個のSNPが同定されました。その結果、4つのグループのヌクレオチド多様性レベルはほぼ同じであり、地理的距離と遺伝的距離の関係を検定した結果、グループ間の区別はほとんどないことが分かりました。

次に、ナンキョクオキアミはその大きな個体数を考えると、自然淘汰は有効なのだろうか。過去20年間に南氷洋の異なる4地点から収集した10種類の環境要因に基づき、異なるナンキョクオキアミ集団の遺伝的分化が環境距離と有意に関係していることを明らかにしました。

第三に、ナンキョクオキアミの有効人口規模は時代とともに変化しているのか。研究グループはさまざまな手法を用いて、約1000万年前の更新世（氷河期）の厳しい気候変動と時を同じくして、ナンキョクオキアミの個体数が急激に減少していることを突き止めました。その後、約10万年前になると、オキアミの生息地である海氷が増加し、オキアミの生息数が増加しました。

本研究結果は、オキアミの生息域とそれに依存する海洋生態系を保全するための資源の実用化だけでなく、今後の研究に理論的な根拠を与えるものです。BGI-ResearchのGuangyi Fan研究員は、「南極の食物連鎖全体の中で、ナンキョクオキアミの役割は大きく、地域の生態系を維持するためにも、その遺伝史やライフサイクルをさらに研究するためにも、保護する価値があります」と述べています。

研究を読む: https://doi.org/10.1016/j.cell.2023.02.005

Richard Li
BGI Group
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