piRNAの機能解析に基づくカイコ性決定・胚休眠機構の解明

基于piRNA功能分析阐明家蚕性别决定和胚胎休眠机制

• 批准号: 09J05370
• 负责人: 河岡 慎平
• 金额: $ 1.79万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2009
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2009 至 2011
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-09J05370/
• 关键词: カイコ; W染色体; 性決定; piRNA; トランスポゾンサイレンシング; 生殖巣; トランスポゾン; 低分子RNA; PIWI-interacting RNA; インフォマティクス

カイコの性は、雌特具的な性染色体であるW染色体によって強力にコントロールされており、W染色体が1コピーあれば雌性が決定される。このことから、W染色体には強力な雌決定因子がコードされていると考えられてきた。しかしながらごく最近まで、W染色体に由来するタンパク質コード遺伝子はおろか、転写物さえ同定されていなかった。その理由として、W染色体が高密度のトランスポゾン配列群によって占拠されている、ということが挙げられる。このことにより、W染色体の高解像度一次配列を得ることは不可能であると考えられている。これまでに行った研究では、W染色体に含まれるトランスポゾンの組成をpiRNAの発現解析データをベースにして予測する、という手法を考案し、各種W染色体変異体の解析を併用することにより、性決定領域に近い領域に座乗するトランスポゾン群ならびに、それらに由来するpiRNAを同定することに成功した。本年度はまず、これまでに得られた知見を論文発表することをめざし、"The silkworm W chromosome is a source of female-enriched piRNAs"をRNA誌に発表することができた。本年度は、W染色体に由来するpiRNAと性との関係を調べるべく、カイコ新規変異体KGの解析を行った。KG系統は2010年に藤井らによって単離された系統である。KG系統の雌は部分的に雄化することが知られており、KG系統の変異はW染色体にマップされている。私は、このKG系統が、W染色体とpiRNA、そして性との関係を調べるための格好の材料であると考え、その性状を調査した。Doublesex(dsx)遺伝子は進化的に保存された性分化に関与する転写因子であり、dsxmRNAは性特異的なスプライシングを受ける。興味深いことに、KG雌の卵巣においては、雄型と雌型両方のdsxmRNAが発現していることが判明した。また、KG雌の卵巣においては、精巣特異的であることが知られている複数の遺伝子が異常に発現していることが分かった。すなわち、KG-W染色体変異によって、dsxのスプライシングパターンに異常が生じ、卵巣において部分的な精巣特異的トランスクリプトームが観察されると考えられた。私のこれまでの研究により、w染色体がpiRNAの源であることが分かっている。つぎに、KG-W染色体変異がpiRNAの性状に与える影響を調査した。次世代シーケンサとインフォマティクスを駆使した解析の結果、性決定領域付近に由来するpiRNAの一部の発現がKG系統の卵巣で有意に減少していることが判明した。したがって、KG-W染色体変異は、piRNAの組成に影響するものと考えられた。最後に、KG雌卵巣におけるトランスポゾンの発現を調査した。すると、KG雌卵巣では、多くのトランスポゾンが過剰発現していることが明らかとなった。本研究は、"Altered expression of testis specific genes, piRNAs, and transposons in the silkworm ovary masculinized by a W chromosome mutation'"として、BMCGenomics誌に発表した。

カ イ コ の は, female extremely な sex chromosome で あ る W chromosome に よ っ て powerful に コ ン ト ロ ー ル さ れ て お り, 1 W chromosome が コ ピ ー あ れ ば female が decided さ れ る. こ の こ と か ら, W chromosome に は strong female な decision factor が コ ー ド さ れ て い る と exam え ら れ て き た. し か し な が ら ご く recently ま で, W chromosome に origin す る タ ン パ ク qualitative コ ー ド posthumous son 伝 は お ろ か, planning to write さ え with fixed さ れ て い な か っ た. そ の reason と し て, W chromosome が high-density の ト ラ ン ス ポ ゾ ン with column group of に よ っ て of 拠 さ れ て い る, と い う こ と が 挙 げ ら れ る. <s:1> とによ とによ とによ and W chromosome <s:1> high-resolution one-time matching を to ると と と cannot であると test えられて る る る. Line こ れ ま で に っ た research で は, W chromosome に ま れ る ト ラ ン ス ポ ゾ ン の composition を piRNA の 発 now parse デ ー タ を ベ ー ス に し て in measuring す る, と い う し を test case, various analytical を and W chromosome 1 - の す る こ と に よ り, sexual decision areas に nearly い に seat 乗 す る ト ラ ン ス ポ ゾ ン group な ら び に, そ Youdaoplaceholder0 origin するpiRNAを consensus する た とに success た た. This year's は ま ず, こ れ ま で に have ら れ た knowledge を paper 発 table す る こ と を め ざ し, "The silkworm W chromosome is a source of female - enriched piRNAs" を RNA tzu に 発 table す る こ と が で き た. This year は, W chromosome に origin す る piRNA と sex と の masato is を adjustable べ る べ く, カ イ コ new rules - variant KG の parsing line を っ た. KG system 2010 に Fujii らによって単 li された system である. The に masculinization of the <s:1> female <s:1> part of the KG system する とが とが is known to られてお, and the <s:1> variation of the <s:1> W chromosome in the KG system に ップされて ップされて る る る る. Private は, こ の が KG system, W chromosome と piRNA, そ し て sex と の masato is を adjustable べ る た め の space good の material で あ る と え test, そ を の traits survey し た. Doublesex (DSX) posthumous son 伝 は evolutionary に save さ れ た sexual differentiation に masato and す る planning write factor で あ り, dsxmRNA は sex specific な ス プ ラ イ シ ン グ を by け る. Interest as deep い こ と に, KG female の eggs 巣 に お い て は, male female と struck party の dsxmRNA が 発 now し て い る こ と が.at し た. ま た, KG female の eggs 巣 に お い て は, precise 巣 peculiar で あ る こ と が know ら れ て い る plural の heritage 伝 child abnormal が に 発 now し て い る こ と が points か っ た. す な わ ち, KG - W chromosome - different に よ っ て and DSX の ス プ ラ イ シ ン グ パ タ ー ン に abnormal が じ, egg 巣 に お い て part な fine 巣 specific ト ラ ン ス ク リ プ ト ー ム が 観 examine さ れ る と exam え ら れ た. Private <s:1> れまで <e:1> studies によ, w chromosome がpiRNA <s:1> source である とが とが branch って って る る. Investigation of ぎに ぎに, KG-W chromosomal variation がpiRNA <s:1> traits に and える effects を た た. Nextgen シ ー ケ ン サ と イ ン フ ォ マ テ ィ ク ス を 駆 make し た parsing の results, sex determination field pay close に origin す る piRNA の a の 発 が KG system now の eggs 巣 で intentionally に reduce し て い る こ と が.at し た. The influence of たがって たがって, KG-W chromosomal variation, piRNA <s:1> composition に on する たがって と と is examined for えられた. Finally, に, KG female egg nests におけるトラ スポゾ スポゾ スポゾ を を investigation におけるトラ た. す る と, KG female egg 巣 で は, multiple く の ト ラ ン ス ポ ゾ ン が before turning 発 now し て い る こ と が Ming ら か と な っ た. This study Altered, "Altered expression of testis specific genes, piRNAs" and transposons in the silkworm ovary masculinized by a W chromosome mutation' と て て, BMCGenomics is に and に た.

项目成果

Zygotic amplification of secondary piRNAs during silkworm embryogenesis

• DOI: 10.1261/rna.2709411
• 发表时间: 2011-07-01
• 期刊: RNA
• 影响因子: 4.5
• 作者: Kawaoka, Shinpei;Arai, Yuji;Katsuma, Susumu
• 通讯作者: Katsuma, Susumu

Sex chromosome-dependent amplification of piRNAs in Bombyx mori

家蚕中 piRNA 的性染色体依赖性扩增

• 发表时间: 2009
• 作者: Shinpei Kawaoka;Nobumitsu Hayashi;Yutaka Suzuki;Hiroaki Abe;Sumio Sugano;Toru Shimada;Susumu Katsuma
• 通讯作者: Susumu Katsuma

In vitro recapitulation of PIWI-interacting RNAs in vitro

体外 PIWI 相互作用 RNA 的体外重现

• 发表时间: 2011
• 作者: Kawaoka S;Katsuma S;Tomari Y.
• 通讯作者: Tomari Y.

De novo piRNA production against a protein-coding transgene in silkworm cultured cells

在家蚕培养细胞中从头生产针对蛋白质编码转基因的 piRNA

• 发表时间: 2011
• 作者: Kawaoka S;et al
• 通讯作者: et al

A role for transcription from a piRNA cluster in de novo piRNA production

• DOI: 10.1261/rna.029777.111
• 发表时间: 2012-02-01
• 期刊: RNA
• 影响因子: 4.5
• 作者: Kawaoka, Shinpei;Mitsutake, Hiroshi;Katsuma, Susumu
• 通讯作者: Katsuma, Susumu