【研究成果】ニワトリの始原生殖細胞における性決定機構の予測に成功 ―鳥類特有の性決定機構の解明に向けて―

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【研究成果】ニワトリの始原生殖細胞における性決定機構の予測に成功 ―鳥類特有の性決定機構の解明に向けて―

【研究成果】ニワトリの始原生殖細胞における性決定機構の予測に成功 ―鳥類特有の性決定機構の解明に向けて―

ポイント

ニワトリの始原生殖细胞(笔骋颁)^※1の遗伝子発现プロファイル^※2を経时的に明らかにしました。
鸟类の笔骋颁は、メス先駆的な鸟类特有の机构により、性决定を生じることが予测されました。
本研究で得られた遗伝子発现情报はすでに公共データベースで公开しており、鸟类の性决定机构の全貌を解明する上で重要な知见となることが期待されます。

概要

　広島大学ゲノム編集イノベーションセンター市川健之助研究員、広島大学大学院统合生命科学研究科中村隼明助教、坊農秀雅特任教授、堀内浩幸教授らのグループは、ニワトリの初期胚から単離した始原生殖細胞 (PGC) の遺伝子発現の網羅的解析を切り口とし、鳥類生殖細胞の性決定機構を予測することに成功しました。
鸟类は性転换^※3や细胞自律的な性决定机构^※4など、特徴的な性決定様式を有することが知られています。しかし、体細胞の性決定 (精巣?卵巣の運命決定) と比較して、生殖細胞の性決定 (精子?卵の運命決定) に関する機構はこれまでほとんど明らかになっていませんでした。
　そこで本研究ではまず、雌雄のニワトリ胚からそれぞれ単離したPGCの遗伝子発现プロファイルを経时的に明らかにしました。その結果、メスに特徴的な遺伝子の発現パターンが顕著に確認され、メス先駆的な性決定様式が予測されました。また、メスに特徴的な遺伝子の多くは、種々の代謝経路に関連する因子であることが明らかになりました。さらに、オス胚から単離したPGCをレチノイン酸^※5で刺激することにより、この性决定机构を部分的に再现することにも成功しました。
今回得られた遗伝子発现プロファイルは公共データベースで公开済みであり、今后はこのデータを活用することで、鸟类の性决定机构の解明に向けた研究の飞跃的な発展が期待されます。

　本研究成果は、ロンドン時間の8月17日午前10時にSpringer Nature (シュプリンガー?ネイチャー)社が刊行する国際的な学術誌「Scientific Reports (サイエンティフィック?リポーツ)」誌に掲載されました。

背景

　鸟类は特有の性决定机构を有しています。生殖腺の発生过程は哺乳类と类似する一方で、鱼类に特徴的な性転换も确认されています。そのため鸟类の性决定机构の解明は、脊椎动物の性の进化を评価する上で学术的に重要な课题です。さらに、养鶏产业では卵用鶏でメス、肉用鶏でオスが求められ、生产目的に合致しない性别の个体の多くが淘汰されています。そこで、生产性の向上、および动物福祉の観点から、目的の性别の个体のみを作出する「雌雄の产み分け技术」の确立が求められています。
いくつかの種では、体細胞の性決定 (生殖腺が精巣/卵巣になるかの運命決定) と生殖細胞の性決定 (生殖細胞が精子/卵になるかの運命決定) は独立して生じることが報告されています。そのため、鳥類の性決定機構の全貌を明らかにするためには、体細胞と生殖細胞の性決定機構をそれぞれ解明する必要があります。近年の研究から、細胞自律的な性決定や、Z染色体^※6上の因子を介した精巣形成など、鳥類体細胞の性決定機構は解明されつつあります。一方、生殖細胞の性決定については未だほとんど明らかになっていませんでした。そこで本研究では、ニワトリの初期胚から単離した始原生殖細胞 (PGC) の遗伝子発现プロファイルを明らかにし、得られたデータを基にして、鳥類生殖細胞の性決定機構を予測しようと考えました。

研究成果の内容

　孵卵2.5、4.5、および6.5日胚の雌雄の初期胚から単離したPGCの遗伝子発现プロファイルから、各発生ステージで発現量に性差がある遺伝子 (発現変動遺伝子)を同定しました。その結果、(1)全ての発生段階において、オスと比較してメスの方が発現変動遺伝子の数が多いこと、(2)各ステージに共通する発現変動遺伝子は、全てW染色体※6上の遺伝子であること、(3)孵卵6.5日胚ではメス由来PGCにおいて発現変動遺伝子が顕著に増加し、これらの多くが種々の代謝経路に関連していること、が明らかになりました。さらに、孵卵6.5日胚のオス由来PGCをレチノイン酸で刺激したところ、メスに特徴的な発現変動遺伝子を発現誘導できることが明らかになりました。これらの結果から、ニワトリのPGCはメス先駆的な特有の性決定様式をとり、この機構にはレチノイン酸が関与していることが示唆されました (図１)。

今后の展开

　今回同定したメスに特徴的な因子、ならびに予测された代谢経路が、笔骋颁の性决定にどのように関与しているかについて、更なる研究が求められます。本研究で得た遗伝子発现プロファイルは既に公共データベースで公开しており、このデータを活用することで、鸟类の性决定机构の解明に向けた研究の飞跃的な発展が期待されます。

参考资料

図1 本研究で得られた知见の概要図

论文情报

雑誌名：Scientific Reports
論文タイトル：Prediction of sex-determination mechanisms in avian primordial germ cells using RNA-seq analysis
着者：市川健之助^1*, 中村隼明², 坊農秀雅², 江崎僚², 松崎芽衣², 堀内浩幸^1,2
1 広島大学ゲノム編集イノベーションセンター
2 広島大学大学院统合生命科学研究科
* 責任著者
顿翱滨番号：10.1038/蝉41598-022-17726-7

研究资金

　本研究は、日本学術振興会が助成する特別研究員 (DC1) 奨励費「ニワトリfoxl3遺伝子の解析から探る, 鳥類特有の性分化機構」 (19J22544)、および科学研究費助成事業基盤研究(B) 「ニワトリの雌雄産み分けは可能か？ ―鳥類性決定機構の解析を通して―」 (19H03107) によって実施されました。

语句説明

※1   始原生殖細胞(PGC): 精子や卵の起源細胞。
※2   遺伝子発現プロファイル: 個体や細胞における、全ての遺伝子の発現量を網羅的に明らかにしたデータセット。
※3   性転換: ある生物個体の性が生涯のうちに変化すること。鳥類ではメスからオスヘの性転換がしばしば確認されている。
※4   細胞自律的な性決定機構: 細胞外の因子とは非依存的に、細胞自身の性を決定する機構。例えば、ニワトリのオス胚にメス胚の体細胞を移植すると、供与細胞はメスとしての性質を維持したまま分化する。
※5   レチノイン酸: 細胞間シグナル分子の一種であり、生殖細胞では特に減数分裂の誘導において重要な役割を持つことが知られていた。
※6   Z/W染色体: 鳥類が有する性染色体。ヒトやマウスでは、オスがX染色体とY染色体を、メスが2つのX染色体を持つが、鳥類ではオスが2つのZ染色体を、メスがZ染色体とW染色体を持つ。