タツノオトシゴの育児嚢の形態形成メカニズム
Mechanism of brood-pouch formation in seahorse（日本動物学会推薦）

代表研究者 上智大学

川口 眞理

Sophia University

Mari KAWAGUCHI

協同研究者 上智大学

大窪 遼平

Sophia University

Ryohei OKUBO

上智大学

原田 明里

Sophia University

Akari HARADA

The reproductive strategies of vertebrates are diverse. Seahorses possess the unique characteristic of malepregnancy, wherein males and not females incubate embryos in a specialized brood pouch formed on the ventral or
outward-facing surface of the tail. The lumen of the brood pouch is surrounded by loose connective tissue, called
pseudoplacenta, and dermis. We employed several staining methods to characterize the pseudoplacenta and dermis of
the brood pouch of mature male seahorses. Further observations showed that pouch formation was initiated from linear
projections of epithelia on both ventro-lateral sides of the body. The projections elongated toward the ventral midline,
eventually fused together, and then formed a baggy structure composed of a single dermis layer with neither smoothmuscle nor pseudoplacenta, and finally pseudoplacenta with two layers of dermis and smooth muscle was formed, thus
establishing a fully developed brood pouch. Finally, we propose categorization of brood-pouch formation during maleseahorse development into three stages: (1) the early stage, characterized by formation of a baggy structure from theprimordium; (2) the middle stage, characterized by the differentiation and establishment of brood-pouch-specific tissues;and (3) the late stage, characterized by a fully formed pouch.

研究目的
タツノオトシゴはヨウジウオ科に属しており、同研究経過

科の魚は全て、オスの体表皮に形成される育児嚢をタツノオトシゴ（ポットベリード・シ―ホースもつ。育児嚢の形態は魚種ごとに異なり、たとえば

Hippocampus abdominalis）の育児嚢の特徴づけを行原始的な育児嚢をもつトゲヨウジでは、腹部に卵をうために、まず成熟したオスの育児嚢の組織観察を付着させるだけである。一方、タツノオトシゴの育行った。ヘマトキシリン・エオシン（HE）染色を行児嚢は発達した構造で、袋状である。この中でメスうと、細胞が密につまった真皮層と網目状の胎盤様から受け取った卵を孵化させ、外界で独立できるよ構造を観察することができた（図 1）。真皮層はマッうになるまでの数週間、保護している。育児嚢は体ソントリクローム（MT）染色によって青色に染色さ表皮側から順に真皮層と胎盤様構造に分かれている

れ、染色の強い緻密層と染色の弱い海綿層の 2 層に（Laksanawimol et al. 2006）。卵と接する組織である分かれていた。緻密層と海綿層の間に MT 染色で赤胎盤様構造は、妊娠中に卵を覆うひだが形成され、く染色される平滑筋が観察された。一方、胎盤様構血管の新生が起こることが報告されている。

造は鍍銀染色によって黒色に染色された。このこと

本研究の目的は、タツノオトシゴの「子育て」器から、真皮層は主に膠原線維、胎盤様構造は主に細官を詳細に観察し、さらに分子マーカーを用いて育網線維で構成され、染色方法によって区別できるこ児嚢の形成過程を理解することである。とが分かった。

次に育児嚢の形成過程を観察した。出生後 1 ヶ月

黒い染色は観察されなかった。出生後 3 ヶ月になるのタツノオトシゴの腹側尾部を観察すると、様々なと、開口部の背側で繊維状の黒い染色が観察された形成途中の育児嚢が見られた（図 2）。これらの個体が、尾側では観察されなかった。出生後 7 ヶ月にな観察から、育児嚢は以下のように形成されることがると開口部では腹側にまで黒い染色が広がり、尾側予想された。まず、尻びれの尾側の腹外側部に真皮でも背側に染色が観察された。このことから、胎盤が 2 本の隆起線を形成することで育児嚢の原基が生様構造は出生後 3 ヶ月ごろに開口部の背側で形成がじる。真皮層は正中線に向かってさらに隆起し、や始まり、その後育児嚢内腔を包み込むように腹側とがて正中線で尾側から頭側に向かって融合していき、尾側の 2 方向に広がっていくと考えられる。

開口部を残して袋状の育児嚢が形成される。その後、育児嚢で発現している遺伝子をクローン化してそ成長と共に育児嚢が膨らんでいった。出生後 7～8の局在を調べることにより、育児嚢特異的に発現しヶ月の個体には卵を保有している個体もいたことかている遺伝子を探査した。その結果、3 種類の C 型

ら、この時期には成熟し繁殖可能であることが分かレクチン（haCTL1-3）がクローン化でき、免疫組織る。

染色により、haCTL2 が成熟期の育児嚢の内腔上皮に育児嚢を構成する組織の形成過程を調べるために、HE 染色、MT 染色、鍍銀染色により、出生後 1～8特 異 的 に 局 在 し て い る こと が 分 か っ た 。 一 方 、
haCTL1 は育児嚢の内腔上皮と体表皮に局在していヶ月の様々な発達段階の育児嚢の組織観察を行った。
HE 染色を行うと、出生後 2 ヶ月目までの育児嚢は 1層の真皮層のみからなる構造をしていた。出生後 3ヶ月になると、真皮層が緻密層と海綿層の 2 層として観察され始め、それ以降の時期の育児嚢は 2 層の真皮層が顕著に観察できるようになっていた。このことから、2 層の真皮層は出生後 3 ヶ月ごろに形成され始めると考えられる。
MT 染色を行うと、出生後 1~2 ヶ月の育児嚢では赤い染色が観察されなかったが、出生後 3 ヶ月になると、真皮層の海綿層側にうっすらと赤い染色が観察された。それ以降の育児嚢ではよりはっきりと赤い染色が観察された。このことから、平滑筋は出生後 3 ヶ月ごろに形成され始めると考えられる。
鍍銀染色を行うと、出生後 1~2 ヶ月の育児嚢では図 1 Histology of thebrood pouch in mature
seahorse, Hippocampus
abdominalis.
Hematoxylin and eosin
stain of cross sections ofthe brood pouch. The
ventral side is up and thedorsal side is at thebottom.

図 2 Microscopic observations of brood-pouchformation.
Ventral view of the tail of a male juvenile seahorse.
(A) Before formation of brood pouch primordia;
development of the brood pouch is considered in theorder of B–F. (B) Primordium of the brood pouch asparallel linear projections. (C) Elongation of theprojections. (D) A seam line forming a Y-shape. (E) Aseam line forming an I-shape. (F) Formation of thepore-like pouch entrance. (G) Arrowheads indicate
the edge of the brood pouch. an, anus; af, anal fin.
Scale bars: 1 mm.

た。育児嚢の形成過程での haCTL の局在を調べてみると、haCTL1 は形成初期から体表皮と内腔上皮に局在していた。一方、haCTL2 は形成初期では検出されず、胎盤様構造形成時期に育児嚢の内腔上皮でシグナルが検出されるようになった。
考察
種々の発達段階のタツノオトシゴの育児嚢の観察により、育児嚢の形成過程は大きく 3 つのステージに分けられる（図 3）。
（1）形成初期：育児嚢の原基形成から袋状の育児嚢が形成されるまでで、この時期の育児嚢は 1 層の真皮層のみからなる。（2）形成中期：育児嚢を構成する組織が分化する時期で、胎盤様構造の形成が背側頭部から始まり、真皮層が 2層に分かれる。2 層の真皮層の間には平滑筋が形成され始める。その後、胎盤様構造は育児嚢の腹側尾部まで覆うようになり、育児嚢の内腔全体が胎盤様構造で覆われた形態となる。（3）形成後期：卵を保育可能な成熟した育児嚢となる時期で、胎盤様構造がひだ状になり、より発達して血管が多数観察され

図 3 Plausible pathway of brood-pouch formation inる。メスから卵を受け取ると、卵は育児嚢内では胎the seahorse.

盤様構造で包み込まれる。卵の周辺には血管が発達(A) Before formation of the brood pouch. (B) The

し、老廃物の除去などを行っていると考えられていprimordium of the brood pouch first appears as linearる（Laksanawimol et al., 2006）。発達した育児嚢の形

projections at both ventro-lateral sides of the body. (C)態はこのように卵を保育できる状態になっているとThe projections become fused at the body midline. (D)考えられる。
育児嚢の内腔上皮に特異的な C 型レクチンは、胎Differentiation of brood-pouch tissue begins, and the

盤様構造の形成期に検出され始めた。レクチンが局

pseudoplacenta first appears on the dorsal side of the在している上皮に着目すると、成熟期の体表皮にはpouch. (E) The pseudoplacenta eventually surrounds the

粘液腺が多数観察されるが、内腔上皮にはほとんどpouch entirely. (F) Finally, the pouch-folds are formed,見られない。一方、形成初期の育児嚢の内腔には体ready to incubate embryos.

表皮と同様に粘液腺が多数観察される。これらの結果は育児嚢の形成過程の形態学的な観察と一致して
kuda. Mar Freshw Res. 2006, 57497-502.

いた。すなわち、育児嚢の形成は腹側の真皮が盛り上がるようにして始まることから、形成初期の育児嚢の内腔は体表皮由来である。その後、袋状の構造研究の発表が完成すると、胎盤様構造などの育児嚢特異的な組

口頭発表

織が分化してくるが、それに伴って上皮も内腔上皮

1.

Mari Kawaguchi, Ryohei Okubo, Akari Harada,Kazuki Miyasaka, Kensuke Takada, Junya Hiroi, and

特異的な構造へと変化していると考えられる。

Shigeki Yasumasu “Morphological observations on
参考文献

the formation of brood pouch of pot-bellied seahorse

1.

Laksanawimol P, Damrongphol P, and Kruatrachue

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2.

RyoheiOkubo,andMari

Kawaguchi.

"Morphologicalobservationofformationを構成する組織の形成過程」 第 69 回日本動物of学会関東支部、東京、2017 年 3 月

seahorse brood pouch." Non-conventional animalmodels surfing the new waves of cutting-edge

高梨亜登・川口眞理 「タツノオトシゴの育児嚢technologies. Joint Meeting of the 22nd Internationalの形成はアンドロゲンによって誘導される」 第Congress of Zoology and the 87th meeting of

69 回日本動物学会関東支部、東京、2017 年 3 月Zoological Society of Japan, Okinawa, Japan, 2016
3.

2.

3.

大窪遼平・川口眞理 「タツノオトシゴの育児嚢November.の形態学的観察」 第 49 回日本魚類学会、岐阜、

川口眞理 「タツノオトシゴの育児嚢の形成」 第2016 年 9 月

2 回ユニークな少数派実験動物を扱う若手が最4.

川口眞理・大窪遼平・川原玲香・井ノ口繭・金先端アプローチを勉強する会、岡崎、2016 年 8

子豊二 「タツノオトシゴ類の孵化様式」 生物月

資源ゲノム解析拠点シンポジウム・研究発表会、東京、2016 年 9 月

ポスター発表1.

原田明里・川口眞理 「タツノオトシゴの育児嚢