Elucidation of sperm evolution in marine sculpins with diverse reproductive modes: From macro and micro perspectives

从宏观和微观角度阐明具有不同生殖方式的海洋杜父鱼的精子进化

• 批准号: 19J11278
• 负责人: 伊藤 岳
• 金额: $ 1.34万
• 依托单位: Osaka City University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2019
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2019-04-25 至 2021-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-19J11278/
• 关键词: 受精様式; 体内受精; 体外受精; 精子競争; 進化生態学; 海産カジカ科魚類; 交尾; 系統種間比較; 精子; カジカ科魚類; 交尾行動; 進化

本研究で用いた海産カジカ科魚類は、近縁種に一般的な魚類のように体外受精をおこなう種と、哺乳類のように体内受精を行う種が混在する種群である。さらに、異なるオス同士の精子が受精を巡って競い合う精子競争の度合いも種によって様々である。興味深いことに、日本沿岸と北米沿岸の異なる地域で、これらの繁殖様式が進化したようである。本研究は受精様式の進化や精子競争の激化により精子がどのように進化したのかを、精子の運動性、形態、微細構造、タンパク質の観点から、系統関係に照らしあわせて明らかにすることを目的とした。また2019-2020年にかけて、若手研究者海外挑戦プログラム及びサンフランシスコ州立大学の協力の下アメリカに1年間滞在し、系統種間比較に用いる種を採集した。国内外で採集した47種の海産カジカ科魚類の精子を調べた結果、過去の報告とは異なり、受精様式の違いは、精子の長さに影響を与えず精子の頭部形態の伸長に関与していた。さらに精子競争レベルの違いは、精子の全長および遊泳速度の増加に関わることがわかった。分子系統樹を用いた系統種間比較の結果、これらの形質は、異なる系統で独立に複数回平行進化し、微細構造や分子基盤にも影響を与えたことが明らかになった。この結果は、海産カジカ科魚類のみならず、他の体内受精を有する魚類でも一般性を持つことが明らかとなった。一方、淡水産のバイカルカジカ類の精子の比較では、体内受精の進化により精子の頭部形態が小さく、寿命が長くなることを明らかにし、メスの体内環境への適応が一義的でない可能性を示唆した。本研究により、精子は様々な系統で、適応的に進化したことを示した。これは、体内受精である我々哺乳類の精子の進化がどのようなプロセスを経て来たかを明らかにする鍵となる。そのため、分子基盤の視点を持ち合わせた本研究は、生態学のみならず、将来的に医学分野への応用が期待できる。

This research で い た seafood カ ジ カ fish は, nearly try に general な fish の よ う に ivf を お こ な う と, mammals の よ う に line in vivo fertilization を う が mix in す る population で あ る. さ ら に, different な る オ ス を tour with James の が sperm fertilization っ て race い の う sperm competition degree with い も kind に よ っ て others 々 で あ る. Deep interest: とに とに, と along the coast of Japan, なる along the coast of the northern part of the sea, で, <s:1> れら, が reproductive patterns, が evolution, たようである たようである. は fertilization others in this study type の evolution や の sperm competition intensified に よ り sperm が ど の よ う に evolution し た の か の を, sperm motility, morphology, fine structure, タ ン パ ク qualitative の 観 point か ら, system masato に according ら し あ わ せ て Ming ら か に す る こ と を purpose と し た. ま た 2019-2020 に か け て, researchers abroad if hand pick 戦 プ ロ グ ラ ム and び サ ン フ ラ ン シ ス の コ state university together under の ア メ リ カ に 1 years sluggish comparison between し, system of に with い る species を し た. で collection at home and abroad し た 47 の seafood カ ジ の カ secco fish sperm を adjustable べ た results, the past の reports と は different な り, fertilization others type の violations い は, long sperm の さ に influence を and え ず の sperm head shape の elongation に masato and し て い た. Youdaoplaceholder0 sperm competition レベ に <s:1> violation of さらに, the total length of sperm および swimming speed <e:1> increases に related わる とがわ とがわ とがわ った った. Molecular phylogenetic tree を with い た の is compared between kinds of results, こ れ ら の character は, different な で る system independent に plural parallel evolutionary し molecular base plate, micro structure や に も influence を and え た こ と が Ming ら か に な っ た. こ の results は, seafood カ ジ カ secco fish の み な ら ず, he の in vivo fertilization を す る fish で も general を hold つ こ と が Ming ら か と な っ た. Side, fresh water is produced の バ イ カ ル カ ジ カ class の sperm の is で は, internal fertilization の evolution に よ が り の sperm head form small さ く, long life が く な る こ と を Ming ら か に し, メ ス の environment in vivo へ の optimum 応 が a righteous で な を い possibility in stopping し た. This study によ によ, sperm <s:1> sample 々な system で, suitable 応 に evolution た た とを とを shows that た た. こ れ は, internal fertilization で あ る I 々 mammals の sperm の evolution が ど の よ う な プ ロ セ ス を 経 て to た か を Ming ら か に す る key と な る. そ の た め, molecular base plate の view を hold ち わ せ た は, ecology, this study の み な ら ず, future に medicine eset へ の 応 with が expect で き る.

项目成果

Russian Academy of Sciences(ロシア連邦)

俄罗斯科学院（俄罗斯联邦）

San Francisco State University(米国)

旧金山州立大学（美国）

魚類の交尾に伴う精子の進化 : 近縁種間比較研究から見えてきたこと

鱼类交配过程中精子的进化：我们从密切相关的物种之间的比较研究中学到了什么

• 发表时间: 2019
• 作者: 安房田 智司;伊藤 岳
• 通讯作者: 伊藤 岳

Fertilization modes drive the evolution of sperm traits in Baikal sculpins

受精模式驱动贝加尔杜父鱼精子性状的进化

• DOI: 10.1111/jzo.12867
• 发表时间: 2021
• 期刊: Journal of Zoology
• 影响因子: 2
• 作者: Ito T.;Kinoshita I.;Tahara D.;Goto A.;Tojima S.;Sideleva V. G.;Kupchinsky A. B.;Awata S.
• 通讯作者: Awata S.

精子はなぜこれほどまでに多様なのか? 交尾行動や精子競争が駆動する魚類精子の進化

为什么鱼类精子的进化是由交配行为和精子竞争驱动的？

• 发表时间: 2019
• 作者: 安房田 智司;伊藤 岳
• 通讯作者: 伊藤 岳