BioResource Now ! Vol.10 No.10

BioResource Now !
Issue Number 10 October 2014

国内外のバイオリソースを巡る様々な問題や取り組みについて、毎月ホットな話題をこのニュースレターで紹介していきます。
研究とバイオリソース
No.18
じょうほう通信：No.91
今月のデータベース

竹花 佑介 （基礎生物学研究所 バイオリソース研究室 ）メダカの多様性から性決定遺伝子の進化を探る
Windows に Linux 仮想環境を構築する
RRC(Research Resource Circulation)

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研究とバイオリソース〈NO.18〉

メダカの多様性から性決定遺伝子の進化を探る
はじめに
メダカの仲間はアジア固有の小魚で、約 30 種が東南アジアを中心にインドから日本まで広く分布している。これらメダカ近縁種のうち、ナショナルバ
イ オ リ ソ ー ス プ ロ ジ ェ ク ト（NBRP）
メダカでは約半数に当たる 13 種 20 系統を保存している。私たちはこれまで、これら近縁種リソースを利用した研究 か ら、メ ダ カ 属 の 性 染 色 体 に 著 しい多様性が存在することを明らかにしてきた。今回、インド東部からマレー半島にかけて広く分布する「インドメダカ」の性決定遺伝子を同定することで、性染色体の多様化機構の一端を解明することができたので、その内容についてご紹介したい。

脊椎動物の性決定と性決定遺伝子
脊椎動物のオス・メスは多くの場合、性 染 色 体 に よ っ て 決 定 さ れ て い る。
例えば哺乳類の場合、XX をもつとメス、XY をもつとオスになる。このオスに特異的な Y 染色体には性を決定するSry 遺伝子が存在し、この１つの遺伝子の働きによってオスへの分化が開始される。しかし、Sry は哺乳類以外の脊椎動物には存在せず、どの染色体が性染色体として働くかは分類群によって異なる。特に魚類の性決定様式は多様であるが、なかでもメダカ属の性染色体には著しい多様性が存在する。脊椎動物で２例目となる性決定遺伝子 Dmy がメダカで同定されたが、Dmy は２種のメダカにしか存在せず、しかも他の近縁種はそれぞれ異なる性染色体をもつことが明らかになったのである（図１）。

図 1. メダカ属魚類の系統関係と性決定機構
メダカ属の性染色体は種ごとに異なり、メダカで発見された Dmy はハイナンメダカ以外の近縁種には存在しない。

このことは、比較的短い期間に性染色体や性決定遺伝子の交代が、何度も生じてきたことを示唆している。そこで私たちは、この性決定機構の交代を分子 レ ベ ル で 解 明 す る こ と を 目 指 し、Dmyをもたないインドメダカについて、性決定遺伝子の探索に着手した。

インドメダカ性決定遺伝子の同定

これまでの研究から、インドメダカの性決定様式は XY 型であり、その性染色体はメダカの常染色体（10 番染色体）と相同であることが明らかになっていた。そこで私たちは、ポジショナルクローニングによって本種の性決定遺伝子を同定するため、まず性決定遺伝子座周辺の詳細な連鎖地図を作製した。
さらに、インドメダカの BAC ゲノムライブラリーを利用して、性決定遺伝子座周辺の物理地図を作製し、この領域 の 全 塩 基 配 列 を 決 定 し た。これによって性決定領域（SD 領域）をＸ染色体上で 140kb、Ｙ染色体上で 310kb の範囲に絞り込むことができた（図２）。

竹花 佑介

基礎生物学研究所 バイオリソース研究室 助教

判明し、また、ゲノム編集技術を用いて Y 染色体上の Sox3 をノックアウトすると、XY 個体がメスに性転換することが明らかになった。これらの実験から、
Sox3 がインドメダカの性決定遺伝子であり、SD 領域内には Sox3 の発現調節領域（エンハンサー）が存在することが示された。つまり、このエンハンサーの獲得によって新たな Y 染色体が生じたことが示唆されたのである。

Sry の祖先遺伝子 Sox3
Sox3 は哺乳類の性決定遺伝子 Sry と高い相同性をもつ遺伝子で、転写因子をコードする。両者はもともと同じ遺伝子座を共有する、対立遺伝子の関係にあったと考えられてきたが、Sry の起源が非常に古いため、過去の対立遺伝子関係
は こ れ ま で 不 明 で あ っ た。し か も、哺乳類以外の脊椎動物では、これまでSox3 と性決定との関係は報告されていなかった。本研究により、実際に Sox3対立遺伝子間の機能分化によって、新たな性決定遺伝子が生じうることを直接証明することができただけでなく、同じ Sox3 遺伝子がメダカ属と哺乳類で独立に性決定遺伝子として進化してきたことを示すことができた。

性決定遺伝子の多様化機構

図 2. インドメダカの XY 性染色体と SD 領域
性決定に関わる SD 領域は染色体上で 14 万塩基対、Ｙ染 色 体 上 で 31 万 塩 基 対 あ り、そ の 近 傍 にSox3 遺 伝 子 が 存 在 す る。Sox3 は X 染 色 体（Sox3 X）に も Y 染 色 体（Sox3 Y）に も あ る が、両者のアミノ酸配列には違いがない。

ただ、この領域はトランスポゾンを始めとした反復配列で埋め尽くされており、この中にタンパク質をコードする既知の遺伝子は発見できなかった。しかし、この SD 領域に隣接した領域に Sox3 遺伝子の存在が明らかになった。遺伝子導入実験によって Sox3 と SD 領域を含むＹ染色体の配列の一部を導入すると、XX 個体がオスに性転換することがインドメダカの Sox3 以外に、メダカ属
ではこれまでに２つのオス決定遺伝子が同定されている。ひとつはメダカのY 染色体上に存在する Dmy 遺伝子、もうひとつはルソンメダカ Y 染色体上の Gsdf 遺伝子である（図３）。

次ページへ続く図 3. メダカ属における性決定遺伝子の多様化
メダカ属の３種，インドメダカ，メダカ，ル
ソンメダカはそれぞれ異なるオス決定遺伝子（Sox3 Y，Dmy，Gsdf Y）をもつが、XY 個体における Gsdf の高発現は共通している。インド
メダカでは Sox3 Y が下流の Gsdf 発現を制御することによって新たな性決定の仕組みが生じたと考えられる。

BioResource Now ! Vol.10 No.10

Dmy は２種のメダカにのみ存在する遺伝子であるが、Gsdf は多くの魚類において精巣で発現することが知られており、メダカでは Dmy の下流遺伝子と考えられ て い る。今 回、イ ン ド メ ダ カ で もGsdf は生殖巣で高発現し、その発現はＹ染色体上の Sox3 発現に依存することが明らかになった。このことから、
Gsdf より下流の性決定カスケードは種間で保存されており、Gsdf そのものの変異、あるいは Gsdf の転写制御因子（Sox3 や Dmy）の獲得によって、新たな性決定遺伝子が生じてきたことが明らかになった。

おわりに

参考文献
Takehana et al., Co-option of Sox3 as themale-determining factor on the Y
chromosome in the ﬁsh Oryzias dancena.
Nature Communications 5:4157 (2014)

インドメダカの性決定遺伝子が明ら
か に な っ た こ と で、性 決定 遺 伝 子 の多 様 化 機 構 や、下 流 遺 伝 子 の 保 存 性が見えてきた。しかし、Gsdf が性決定における共通のマスター遺伝子なのか、XY 型と ZW 型の間の交代はどのように生じたのかなど、まだ多く謎が残されている。今後、他のメダカ属魚類から新たな知見を得ることで、性決定機構における多様性と普遍性の全体像を明らかにしたいと考えている。■じょうほう通信 [ 第 91 回 ] 10 分

Windows に Linux 仮想環境を構築する
次世代シーケンサーが普及して日も経ちますが、配列データなどの解析にはLinux 環境が必須となっております。Windows 環境の場合、解析ツールのインストールができないことがよくあります。そこで、今回は非営利目的の使用では無償の VMware Player を使って、Windows 上に Linux 仮想マシンを構築する方法を紹介します。
VMware のインストール
1. VMware Player のダウンロード
ページ *1 から VMware Playerfor Windows のインストーラをダウンロードします（図 1）。

5. 立ち上がった画面で「install Bio-Linux」を押下すると Bio-Linux のインストールが開始されます（図 4）。
6. インストールウィザードの指示に従ってインストールを完了してください。
* な お、Bio-Linux は 英 語 で 構 築 さ れ て い る の で、English を選択してインストールを完了してください。

Bio-Linux で出来ること
図 1. VMware のダウンロード

2. ダウンロードしたインストーラをダブルクリックして起動し、インストーラの指示に従ってインストールを完了します。

A

図 4. Bio-Linux のインストール画面

Bio-Linux にはあらかじめいくつかのツールがインストールされています。デスクトップにある Bio-LinuxDocumentation をダブルクリックし、その中にあるBioinformatics Docs を ダ ブ ル ク リ ッ ク す る と、ツールの説明などを閲覧することができます（図 5）。

Linux の取得
仮想マシンの終了と起動
Linux には様々なディストリビューションが存在しますが、
図 5. Bio-Linux ツールなどのドキュメント
今回は、Ubuntu14.04 をベースにして解析に役立ついく
仮想マシンの終了は、Linux 画面右上の歯車アイコン（図 4 - A）をクリックし、つかのツールがあらかじめインストールされている「Shut Down …」を選択することで出来ます。また、仮想マシンの起動はBio-Linux 8 をインストールします。
VMware Player の画面（図 3）で作成した仮想マシンを選択し、「仮想マシン
Bio-Linux のダウンロードページ *2 から、ISO ファイルをの再生」をクリックすることでできます。
ダウンロード（図 2）します。
図 2. Bio-Linux のダウンロード
VMware に Bio-Linux をインストール
続いて、Bio-Linux をインストールします。

1. VMware Player を実行し、新規仮想マシンの作成をクリックします。
2. インストーラディスクイメージファイルを選択し、参照ボタンをクリックして先ほどダウンロードした ISO ファイルを選択し、「次へ」ボタンをクリックします。
3. ゲスト OS は Linux、バージョンは Ubuntu 64 ビットを選択します。その後、適宜お使いの環境に合わせて変更し、ウィザードを進めてください。
4. 完了すると、新しいマシンが表示されます（図 3）。表示されたマシンを選択し、「仮想マシンの再生」をクリックします。

仮想マシンの設定
VMware Player の画面（図 3）で作成したマシンを選択し、「仮想マシン設定の編集」をクリックすると、メモリやプロセッサの数を設定することができます。
今 回 は、Bio-Linux の イ ン ス ト ー ル 手 順 を 紹 介 し ま し た。次 回 は、Bio-Linux に含まれているいくつかのツールを利用して、解析を行う手順を紹介したいと思います。
（前田 隼輔）図 3. VMware の起動画面

RRC(Research Resource Circulation)(2014年10月現在)※2 http://environmentalomics.org/bio-linux-download/

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今月のデータベース

・登録論文：14,801件
・登録特許：862件※1 https://my.vmware.com/jp/web/vmware/free#desktop̲end̲user̲
computing/vmware̲player/6̲0/

DB名：RRC(Research Resource Circulation)
URL ： http://rrc.nbrp.jp/
言 語：日本語 英語
オリジナルのコンテンツ：
・NBRPリソースを使った研究成果の論文および特許に関する情報
特徴： ・論文情報の登録機能を提供している。
・[Pubmed ID]のみの入力も受け付ける。
・論文から関連のリソース情報にアクセスできる。
・PubMedのLinkOutに登録している。
連携DB：NBRP各プロジェクトサイト、NCBI Pubmed
DB構築グループ：NBRP情報
運用機関：国立遺伝学研究所 生物遺伝資源センター
DB公開開始年：2007年
DB最終更新年：2014年

現役開発者のコメント：RRCはNBRPリソースを使った論文情報と特許情報のDBおよび登録サイトです。昨年度からPubMedのLinkOutのプロバイダーとなり、PubMedのAbstractからRRC経由で、リソースの注文ページへまで案内できるようになりました。NBRPではRRCに登録された論文情報を、各リソースの詳細ページに自動的に追加する仕組みを準備しており、一部実装済みです。文字通り、リソースと研究の好循環を実現することになります。
NBRPリソースを利用して論文又は特許を発表した際には、登録をお願いいたします。

連絡先 〒411-8540 静岡県三島市谷田 1111
国立遺伝学研究所 生物遺伝資源センター
TEL 055-981-6885 ( 山崎 )E-mail：brnews@shigen.info
Editor's Note
生物の性を決定するメカニズムが多様であることは漠然と理解できますが、同じメダカの仲間で、しかも遺伝的な制御にもかかわらず多様性がみられるのは面白いですね。今回魚類で初めて、哺乳類の性決定遺伝子とよく似た遺伝子を見つけられたということで、進化的にもとても興味深いと思います。
アジアのメダカ近縁種の半分が NBRP のコレクションから入手できるということはメダカの研究者にとって強味ですね。
今後のご研究の発展が楽しみです。（Y.Y.)

バイオリソース情報(NBRP) www.nbrp.jp/(SHIGEN) www.shigen.nig.ac.jp/indexja.htm(WGR) www.shigen.nig.ac.jp/wgr/(JGR) www.shigen.nig.ac.jp/wgr/jgr/jgrUrlList.jsp

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