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受精しないのに発生する(単為生殖)の細胞生物学的メカニズムを明らかにしました(Genetics誌に発表)

杏林大学医学部の平井和之講師(本課程、専攻OB)、松田宗夫名誉教授との共同研究により、バイオメディカル学教育研究分野の井上喜博教授は、受精なしに完全な個体が発生する(単為生殖)のメカニズムを細胞生物学的解析により明らかにしました(Genetics誌に発表)。

通常の有性発生は単数体(1n)の卵と精子の受精から始まり、それら両親由来の二倍体(2n)の染色体セットをもつ個体が形成されます。しかし、このような生殖様式を持つ動物種においても、1nの未受精卵から発生が開始し、2nの核で構成される個体が作られる「単為発生」が起きる例が知られています。動物における単為発生は有性生殖の成立の基盤となる機構の進化を示すことから、特に遺伝学の分野で注目されています。しかしこのような単為発生における二倍体化の細胞生物学的メカニズムはよく分かっていません。ショウジョウバエの1種アナナスショウジョウバエは、基本的に有性生殖により子孫を残しますが、単為生殖も行うことが知られています。単為生殖のみで維持できる系統が確立されています。単為生殖を行う雌が産む未受精卵(1n)は胚発生の過程で二倍体になりますが、そのメカニズムは分かっていませんでした。研究グループでは、この単為生殖系統を用い、卵を作る減数分裂と、胚発生の最も早い時期の体細胞分裂を共焦点レーザー顕微鏡で詳しく観察し、胚発生の初期に最初の二倍体(2n)核が形成されるメカニズムを解析しました。単為発生する胚は、1nで最初の卵割を行った後、2回目の卵割時に胚内の娘核を融合させることで2n核を形成することが分かりました。有性生殖をする雌が生む未受精卵には微小管集中の核となる中心体は存在しません。中心体は受精によって精子から卵へ持ち込まれます。分裂前にこの染色体と中心体は正確に複製して、分裂期に中心体を核とした2極性の紡錘体が作られます。これに対して、単為生殖する雌が生んだ未受精卵では、精子由来の中心体がなくても、中心体様の構造が作られていました。この中心体を使って、1n核をもつ2つの紡錘体が連結して架橋された構造ができます。これがひとつの紡錘体に融合されると2n核ができます。この2倍体核が複製、分裂を繰り返して、正常な2倍体の個体が発生する。これが受精なしに単数体の未受精卵から2倍体の個体が生まれるメカニズムであると考えられます。昆虫を始め、動物の中には受精による2倍体の発生の他に、単為発生で増える例も少なくありません。この研究は、単為発生の1例のメカニズムを明らかにしただけでなく、母から子へのゲノムの伝達機構の一つを明らかにし、有性生殖を行う生物が持つ二倍体化の潜在的な可能性を示唆した点でも重要です。

Mitotic progression and dual spindle formation caused by spindle association of de novo–formed microtubule-organizing centers in parthenogenetic embryos of Drosophila ananassae Hirai,K., Inoue, Y.H., Matsuda, M.  Genetics in press (2022年11月22日受理)