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2007年02月20日
メダカの性決定遺伝子はDMY遺伝子である

多くの生物には雄と雌の二つの性が存在します。性はどのようにして決まるのか、近年その仕組みを遺伝子レベルで解明する研究が盛んに行われています。ほ乳類では、SRY遺伝子の有無により性別が決まることが明らかになっています。一方、ほ乳類以外の脊椎動物の性決定遺伝子は精力的に探索されましたが長らく不明でした。基礎生物学研究所 松田勝研究員、長濱嘉孝教授らと新潟大学の酒泉満教授らの研究グループは2002年にメダカのY染色体から性決定遺伝子の有力な候補遺伝子を発見し、DMYと名付けました。DMY遺伝子はほ乳類の性決定遺伝子SRYとは全く構造の異なるタンパク質をコードする遺伝子です。DMY遺伝子突然変異体はメスになることから、DMYは正常発生において雄になるために必須の遺伝子であることが分かりました。しかしながらDMY遺伝子がメダカの性決定遺伝子であることを示すためには、DMY遺伝子が雄への分化に十分であることを示す必要がありました。本研究において松田らは、DMY遺伝子を遺伝的には雌のメダカ卵に導入し、雄になる個体を得ました。よって先の結果と合わせ、「DMY遺伝子は、メダカの雄への分化に必要かつ十分な遺伝子である。」という結論に達することができました。DMYは脊椎動物で見つかった2番目の性決定遺伝子となります。この研究により、メダカは、ほ乳類以外の脊椎動物において、特定の遺伝子の有無によって性別を判定できる唯一の動物という位置づけになりました。水生動物は環境変化の影響を直接に受けると考えられています。環境変化による生物の性別への影響を検証する為のモデルとして、メダカの果たす役割はより大きくなると期待されます。またメダカに関するゲノム情報の収集やバイオリソース事業が日本を中心として活発に展開されつつあることから、メダカは性研究の貴重なモデル生物として国内外の研究者からの注目がますます高まると予想されます。 本研究は基礎生物学研究所(松田勝・長濱嘉孝)と新潟大学(四宮愛・酒泉満)を中心とした研究グループにより実施されました。研究の詳細は2007年2月19-23日の間に、米国科学アカデミー紀要(PNAS)オンライン版で先行発表されます。

[背景]

ほ乳類ではSRY/Sry遺伝子の有無により性別が決定します。一方、他の大多数の脊椎動物でも性別は遺伝子により決まると考えられていますが、具体的な遺伝子は不明でした。2002年に基礎生物学研究所 松田勝研究員、長濱嘉孝教授らと新潟大学の酒泉満教授らの研究グループは、ほ乳類と同様に染色体セットXXが雌、XYが雄となるメダカのY染色体から、性決定遺伝子の有力な候補遺伝子を発見しました。この遺伝子は、DMドメインと呼ばれる特徴的なアミノ酸配列を持っており、Y染色体特異的に存在したことから、DMYと名付けられました。さらに、DMY遺伝子の機能不全個体は雌になることから、DMYは正常発生において雄になるために必須の遺伝子であることが分かりました。しかしながら、DMY遺伝子がメダカの性決定遺伝子であることを示すためには、雄への分化に十分であることを示す必要がありました。

 

 

[研究手法と成果]

メダカY染色体のY染色体特異的領域(約26万塩基対)のうち、DMY遺伝子領域(タンパクコード領域約5.6万塩基対、遺伝子上流領域約6万塩基対、遺伝子下流領域約0.1万塩基対)をクローニングベクターにつなぎ、これを一細胞期の遺伝的雌(XX)卵に顕微注入法により導入しました。d-rR系統は、Y染色体に体色の緋色を決めるr遺伝子座の優性対立遺伝子Rが、X染色体に劣性対立遺伝子rが存在するため、XXはrrで体色が白(シロメダカ)、XYはrRで体色が緋色(ヒメダカ)となる系統です。よって遺伝的な性別を体色で容易に判断できます。親まで成長した58個体の遺伝的雌メダカのうち13個体が雄の二次性徴を示しました。さらにそのうち8個体は受精可能な精子を作りました。本来雌になるべきXX個体のゲノムにDMYが導入されたことにより正常な雄になりました。


070217-fig.jpeg図:(左側)Y染色体特異的な約26万塩基対のうちDMY遺伝子領域約11.7万塩基対をクローニングベクター連結した。これを顕微注入法により一細胞期のXX卵に遺伝子導入した。(右側)正常なメダカと遺伝子導入により性転換した雄メダカ。d-rR系統は、遺伝的雌(XX)個体は体色が白(シロメダカ)、遺伝的雄(XY)個体は体色が緋色(ヒメダカ)です。雄の二次性徴は大きな背鰭としり鰭に象徴されます。上段;正常な雌。シロメダカ、背鰭、しり鰭は小さい。中段;正常な雄。ヒメダカ、背鰭、しり鰭が大きい。下段;遺伝子導入により性転換した雄。シロメダカ、背鰭、しり鰭が大きい。

 

[今後の展望]

本研究は、遺伝的な雌を一つの遺伝子導入で雄に分化させることに成功した最初の例です。このことは、メダカのX染色体とY染色体とが機能的にはDMY遺伝子を除いて同一であることを示しています。本研究の結果、「DMY遺伝子は、メダカの雄への分化に必要かつ十分な遺伝子である」という結論に達する事ができました。DMY遺伝子は脊椎動物で見つかった2番目の性決定遺伝子となりました。よって、ほ乳類以外の脊椎動物で、メダカは遺伝的な性別を判定可能な唯一の動物になりました。ほ乳類と異なり、水棲動物は環境変化の影響を直接に受けると考えられ、環境変化による野生動物の性別への影響調査は水棲動物を指標として行うべきです。本研究の成果によって、メダカはこの目的に最も適切な動物になりました。またメダカに関するゲノム情報の収集やバイオリソース事業が日本を中心として活発に展開されつつあることから、メダカは性研究の貴重なモデル生物として国内外の研究者からの注目がますます高まると予想されます。

[発表雑誌]

Proceedings of the National Academy of Science of the United States of America (米国科学アカデミー紀要)
(2007年2月19-23日online版先行発表)

論文タイトル:
The DMY gene induces male development in genetically female (XX) medaka fish
著者:
Masaru Matsuda, Ai Shinomiya, Masato Kinoshita, Aya Suzuki, Tohru Kobayashi, Bindhu Paul-Prasanth, En-lieng Lau, Satoshi Hamaguchi, Mitsuru Sakaizumi, and Yoshitaka Nagahama

[研究グループ]

本研究は、基礎生物学研究所(松田勝・長濱嘉孝)と新潟大学(四宮愛・酒泉満)を中心とした研究グループにより実施されました 。

[報道解禁日時]

日本時間 2007年2月20日 午前7時(米国東部時間 2月19日 午後5時)

[本件に関するお問い合わせ先]
基礎生物学研究所 生殖生物研究部門  教授 長濱 嘉孝
Tel: 0564-55-7550  
E-mail: nagahama@nibb.ac.jp

[報道担当]

基礎生物学研究所 連携・広報企画運営戦略室
Tel: 0564-55-7628
E-mail: press@nibb.ac.jp