博 士（ 地球 環 境科 学） 松 原和 純
学位 論文題名Studies on karyotyplCeVOlutioninSma11mammalSbyCOmparati
VeFISHanaly
SeS
（FISH
法によ る小型哺乳類にお ける核型進化の研 究）

学位論文内容の要旨
哺 乳類 は 種 特有 の 核 型を 有 し 、染 色 体の 数と形態 は動物 種により 様々であ る。こ のような 種 特 有の 染 色 体構 成 は 進化 過 程 で染 色 体に生じ た構造変 化の蓄 積からな るもの であり、
現 存 す る動 物 種 の核 型 を 比較 す る こと に より哺乳 類の核型 進化の 歴史を読 み取る ことができ る 。 近 年 の FISH法 、 特 に Zoo− FISH法 の 発 達 に よ り 異 種 間 で 容 易 に 染 色 体 相 同 領 域を 検 出 する こ と が可 能 と なり 、 染 色体 構 造変化の 解析に大 きな進 展がもた らされ た。これ
ま で の 哺乳 類 に おけ る 核 型進 化 研 究か ら 、ヒトと ネコは哺 乳類の 祖先型に 類似し た核型を保 持 し てお り 、 一方 、 マ ウス や ラ ット な どの齧歯 目動物で は染色 体構造変 化が高 頻度に生じ て き たと い う 知見 が 得 られ て い る。 本 研 究は 、 FIS
H法 を 用い て 齧 歯目 及 び 食虫 目 動 物に お け る核 型 進 化の 解 析 を行 っ た 。齧 歯 日動物に おける解 析では 、染色体 構造変 化が高頻
度 に 生 じて き た こと か ら 、核 型 進 化の 興 味深い事 例が見っ かる可 能性があ る。食 虫目動物は 形 態 的に 原 始 的な 特 徴 を保 持 し てい る 動物種で あり、食 虫目動 物におけ る解析 では、ヒト な ど の 祖 先 型 に 類 似 し た 核 型 を 持 つ種 と の比 較 に興 味 が持 たれ る 。
第1章と して、 マウスと ヒラゲ ハツカネ ズミ丶間 に生じた染色体構造変化の解析を行った。
Mus属 に 属 す る 多 く の 種 の 染 色 体 数 が 2n 40で あ る の に 対 し 、 ヒ ラ ゲ ハ ツ カ ネ ズ ミ(Mus pな 紗 亡 mIめ の 染 色 体 数 は 2n 26と 少 な く 、 全 て ア ク ロ セ ン トリ ッ ク 型で あ る 。
ま た 、 X染 色 体 上 の 遺 伝 子 オ ー ダ ー は 同 じ 胤 s属 の マ ウ ス （ Mmusc凵 uS） よ り も ラ ッ ト（ 瓰ffus門の 1′e．gたuS冫に類似している（Kuroiwaef
む，2001）。これらのことから、ヒラ ゲ ハ ツ カ ネ ズ ミ は Ams属 内 に お い て 独 自の 染 色 体 構造 変 化 を経 て き たこ と が 予想 さ れる 。本研究 では、 ヒラゲハ ツカネ ズミとマ ウス間の 進化過 程におし ゝて生 じた染色体構造変化 を 解 明す る こ とを 目 的 とし て 、 Z00― FISH法 によ ル マ ウス と ヒ ラゲノ ヽツカ ネズミ間 の染 色 体 相同 性 を 調べ た 。 マウ ス の 染色 体 特異的プ 口ーブを ヒラゲ ハツカネ ズミの 染色体にハ イ ブ ダイ ズ し た結 果 、 マウ ス と ヒラ ゲ ハ ツカ ネ ズ ミ 間で 27の染 色 体 相同 領 域 が同 定 され 、 2種間 の 進 化過 程 で 融合 、 開 裂、 転 座 、 挿入 な ど の染 色 体 構造 変化が 生じた ことが明ら かとなっ た。
第 2章 と し て 、 卸 〇 如 コ us属 の 核 型 進化 の 解 析 を行 っ た 。伽 〇 d日mus属は ュ ー ラシ ア
大 陸 の 温帯 域 の 森林 に 生 息す る 小 型齧 歯 目 動物 で あ り 、こ れ ま でに 21種が 確 認 され て いる 。 多 くの 」 Ap（ ） demLお 属種 の 染 色体 数 は 2n 46また は 48
で あ り 、総 腕 数 には 48から56の 変異 が 見 られ る 。 本研 究 は 、Aagrajjw、Aaぽ n絶 usA． g丗 ：た カ aA． pa】msえ 出 e、A，Se．m〇mS、ASp
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めsu
S、A．＄瓜 ′a
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種 を対象と して、 それらの核型進化の過程を解明することを目的として、マウス染色体特異的プ口ーブを用いて各´ゆ〇demus属種にZoo−FISHを行い、ハイブリダイゼーションバターンを比較することによって種間で の染 色体 構造 の違いを同定した。また、18S−28SrRNA遺伝子の染色体上の位置を同定し、その染色体上の分布パターンを7種間で比較した。7種間でハイブリダイゼーショ
ン バ夕 一ン を比 較し た結 果、 2、10、16、17、19、20、21、22、23番染色体に染色体構 造の 違い が検 出さ れた 。18S一28SrRNA遺 伝子 は、共 通祖 先に おい ては 7、8、12番染色体上に位置していたと予想され、東アジアに分布する5種では比較的、その染色体上の 位置 は保 存さ れていた。一方、AgLU倒1a、Asガ旧比し熔では多数の染色体上に位置していた。染色体構造の違いと18S−28Sr融乢へ遺伝子の染色体上の分布バターンから、7種の核型進化の過程と共通祖先の核型を推定した。その核型進化過程は、SeriZとMaefa｜（2000）による分子系統樹とほぼ一致した。また、共通祖先の核型は22対のアク口セントリック型染色体と1対のヌタセントリック型染色体、アク口セン卜リック型の性染色体よ り構 成さ れ、 現存種の中ではAsdn〇fL硲が祖先型に最も類似した核型を保持してきたと推定された。
第3章として、スンクスとヒト間における比較染色体地図の作製を行った。スンクス（2n＝40）は食虫目トガリネズミ科に属する実験動物である。本研究では、FISH法を用いた
ヒ ト機 能遺 伝子 cDNAク口ーンのマッピングによって、ヒトとスンクス間における染色体 相同 領域 の検 出を 試み た。 51個 の機 能遺 伝子をマッピングした結果、2種間で33の相 同領 域が 同定 された。また、51個の遺伝子のうち39個はマウスにおいても染色体上の位置が報告されており、その遺伝子の染色体上の位置をヒト、スンクス、マウス間で比較した結果、スンクスとヒト間においてマウスとヒト間と同数の染色体相同領域が同定された。従って、スンクスの核型はマウス同様に多くの染色体構造変化を蓄積してきたと予想 され た。 Zoo―FISH法に よル ヒト とヨ ー口 ッバトガリネズミ間において32の染色体相同領域が同定され、2種間での核型の高い保存性が示唆された（Dixkensefm，1998）。
その報告と本研究の比較から、スンクスはヨー口ッバトガリネズミよりも進化過程において多くの染色体構造変化を蓄積してきたと予想され、トガリネズミ科内において染色体構造変化の生じた頻度は種間で大きく異なることが示唆された。
第1章、 第2章 及び He10uefd（2001） の結 果か ら、マ ウス 、ヒ ラゲ ハツ カネズミ、
Asem〇 fus、ラ ットは全てネズミ科に属するが4種間において核型は大きく異なることが明らかとなり、このことは齧歯目ネズミ科では染色体構造変化が高頻度に生じてきたことを支持した。また第3章で、食虫目トガリネズミ科内において染色体構造変化の生じた頻度は種間で大きく異なると予想された。これらのことから、進化過程に生じる高頻度の染色体構造変化は、ネズミ科やトガルネズミ科などの小型哺乳類に共通する特徴であることが示唆された。齧歯目や食虫目などの小型哺乳類で染色体構造変化が高頻度に生じてきた要因として、以下の4っが考えられた。1）齧歯目や食虫目動物は哺乳類の中では比較的に小型で移動能カが低いために、隔離集団ができやすく、染色体変異の固定頻度が高い。
2）世代交代が早いために染色体変異が蓄積されやすい。3）染色体構造変化に対する淘汰圧が低い。4）齧歯目や食虫日動物の染色体は変化を起こしやすい構造上の特徴を持つ。
ネズミ科とトガリネズミ科は哺乳類の中で、非常に多くの種数を合む分類群である。また、その核型は多様性に富んでおり、種間で染色体数や総腕数に幅広い差がある。前述のネズミ科やトガリネズミ科では染色体構造変化が高頻度に生じてきたことと、科内における種数の多さと核型の多様性に相関がみられたことから、ネズミ科やトガリネズミ科動物

では染色体構造変化が生殖隔離を助長し、種分化を促進することによって種数が増加してきた可能性が考えられた。

学 位論文審 査の要旨
主査
副査
副査
副査教授
教授
助教授助教授

松田洋一
木村正人
鈴木 仁
増田隆一

学位論文題名
Studies on karyotyplCeVOlutioninSma11manlmalSbyCOm
paratiVeF
ISHanalySe
S（FISH法による小型哺乳類における核型進化の研究）
従 来 の 動 物の 核 型 進化 を 研 究で は 、 種間 に 見 られ る 核型の 違いは主 として G一分 染法に よ る 形 態 的 な 染 色 体 比 較 に よ っ て 論 じ ら れ て き た 。 し か し fluorescence血 situ
hybridization（ F、 ISI‑D法の開 発によ って、DNAとい う物質的 基盤の もとに異 種間におけ る染 色 体 相 同領 域 を 容易 にかつ 正確に 検出する ことが可 能とな り、核型 進化の 研究に大 きな 進 展 が もた ら さ れた 。これ までの 哺乳類の 核型進化 の研究 から、ヒ トとネ コの核型 が哺 乳 類 の 祖先 型 に 最も 近い核 型を保 持してい るのに対 し、マ ウスやラ ットな どの齧歯目 動物では 高頻度に 染色体 の構造変 化が生 じている ことが 明らかになってきた。また、
食 虫目 動 物 は 形態 的 に 原始 的な特 徴を保 持してい ることか ら、ヒ トの核型 との類 似性の有 無 に つ い て 興 味 が も た れ て いる 。 そ こで 申 請 者は 、 Mus属 に お いて 特 異 的な 核 型 を有 する ヒ ラ ゲ ハツ カ ネ ズミ (Mus platythris)と ユ ー ラシ ア 大 陸に 広 く 分布 し 数 多くの種 を 有 す る ApodemuS属 、 唯 一 の 食 虫 目 実 験 動 物 で あ ル ト ガリ ネ ズ ミ科 に 属 する ス ンク ス （ Suncusm丗 加 us） に 着 目 し 、 RSH法 を 用 い て 核 型 の 比 較 研 究 を 行 う こ と に よっ て、 こ れ ら の動 物 種 にお ける核 型の特 徴と核型 進化のプ ロセス を明らか にする ことを試みた。
マ ウ ス の 染 色 体 特 異 的 DNAプ ロ ー ブ を 用 い て 比 較 染 色 体 ベ イ ン テ ィ ン グ に oo−nSH） 法 に よっ て マ ウス （ 2n 40）と ヒ ラ ゲハ ツ カ ネズ ミ（2n 26）間に 生じた染 色体
構 造 変 化 を 調 べ た 結 果 、 2種 間で 27の染 色 体 相同 領 域 が 同定 さ れ た。 主 な 構造 変 化 は
染 色体 の 末 端 融合 で あ った が、そ れ以外 にも開裂 、転座、 挿入な ど多岐に わたる 染色体
構 造変 化 が、 これ ら の種 が 分化 し た後 に生じたこと を明らかにし た。
ユ ー ラ シ ア 大 陸 の 温 帯 域 の 森 林 に 広 く 分 布 す る 卸 〇 demuS属 で は こ れ ま で 21の 種が知られている。本研究では、Aag鰡ガUS、A．ar魯r．en
絶Us，、A．餌Imねa、A夙弧加sL出e、
A． sem〇 ms、 A叩 edbsus、 A跏 ロ ・ cusの 7種 を 対 象 と し て 、 マ ウ ス の 染 色 体 特 異的 プ 口 ー ブ を 用 い た Z00一 F
ISH解析 と 、 18S― 28
Sリ ボ ソー ム 耐 乢へ 遺 伝 子の 比 較 染色体マ ッピ ングを行った。その結果、7種間で、2、10、16、17、19、20、21、22、23番染 色体 で構 造変 化を 検出 した。 東ア ジア 産5種で は18S―28Sリポ ソームRNA遺伝子の染色体上の分布が保存的であったのに対し、中央アジア、ヨー口ッパ産2種では多数 の染 色体上に分布が確認された。これらの結果から、Apodemus属における核型の祖先型と核型進化のプ口セスを推定したところ、共通祖先の核型は、22対のアクロセントリック型染色体と1対のメタセントリック型染色体、アク口セントリック型の性染色体より構成され、現存種の中ではAsem〇ぬsが祖先型に最も類似した核型を保持してきた可能性を見いだした。
次に、スンクスとヒトにおける機能遺伝子の比較染色体地図を作製し、染色体の構造比較を行った。51個の機能遺伝子をマッピングした結果、2種間で33の染色体相同領域が同定された。また、マウスとの間でもヒト間と同数の相同領域が存在した。従って、スンクスの核型はマウスと同様に多くの染色体構造変化を蓄積してきたと予想された。
この結果は、他の研究グループによって報告された、ヒトとヨー口ッパトガリネズミ間では高い染色体相同性が存在するこという結果と異なり、トガリネズミ科内において染色体 構造 変化 の生 じた 頻度 は種間 で大 きく 異な る可 能性 を示 唆す るものである。
以上の結果は、マウス、ヒラゲハツカネズミ、A．p〇d
emus
属は全てネズミ科に属するにも関わらず核型は大きく異なり、齧歯目ネズミ科では染色体構造変化が高頻度に生じているという従来の仮説を支持するものとなった。また、食虫目トガリネズミ科内においても高頻度の染色体構造の変化が存在することが本研究によって明らかにされた。
これらのことから、申請者は、進化過程に生じる高頻度の染色体構造変化は、ネズミ科やトガリネズミ科などの小型哺乳類に共通する特徴であることを明確に示した。そして、
齧歯目や食虫目動物で高頻度に染色体構造変化が生じる要因として、1）小型哺乳類では隔離集団ができやすく、染色体変異が固定されやすい、2）染色体構造変化に対する淘汰圧が低い、3）変異を起こしやすい染色体構造の特徴や遺伝的要因の存在、などを推定した。また、科内における種数の多さと核型の多様性に相関が見られたことから、ネズミ科やトガリネズミ科動物では染色体構造変化が生殖隔離を助長し、種分化を促進することによって種数が増加した可能性を強く示唆した。
本研究は、分子細胞遺伝学的な手法を駆使し、高度な解析技術と適切な動物種の選択によって、小型哺乳類における核型の特徴と核型進化に関する重要かつ興味深い研究成果を示した。また、今後の脊椎動物における核型進化研究の手本ともなるべき緻密かつ精度 の高 いも ので あり 、本 研究成 果は すで に国 際的 にも 高い 評価 を受けている。
審査員一同は、これらの成果を高く評価し、また研究者として誠実かつ熱心であり、大学院課程における研鑽や取得単位なども併せ申請者が博士（地球環境科学）の学位を受けるに十分な資格を有するものと判定した。