アンドロゲン受容体の重複進化による、“かたちと繁殖行動”の多様化

• 男性ホルモン（アンドロゲン）による求愛行動や装飾的な見た目の性差は多彩な繁殖戦略を可能にし、生物の多様化をもたらした重要な原動力であると考えられる。しかし、その獲得の詳細な仕組みは未だよくわかってはいなかった。
• 全ゲノム重複により２つに増えたアンドロゲン受容体遺伝子が、突然変異を蓄積して変化した結果、祖先遺伝子が持っていた精子形成の仕事を捨て、かつ２つの遺伝子コピーの間で他の仕事の分担を進めて特殊化していったことが明らかとなった。また、このことが真骨魚類の美しく長いヒレや華麗な交尾ダンスの進化につながり、多様化と繁栄をもたらしたことが示唆された。
• 魚のかたちの美しさや行動の多様性とアンドロゲン受容体の進化との関連が明らかになったことにより、地球上に織りなす生命の多様な美しさの謎についての普遍的な理解や、性疾患の発生機序の解明に繋がる可能性がある。

　オスに特徴的な求愛行動、装飾的なかたち、派手な婚姻色の獲得進化は、多彩な繁殖戦略を可能とし、真骨魚類の爆発的な種分化と繁栄をもたらした重要な要因と考えられます。この進化には、約3億年前に真骨魚類の共通祖先で起きた全ゲノム重複が大きく貢献したことが予想されています。全ゲノム重複は、真骨魚類の美しさや多様化にどのような影響を与えたのでしょうか? 重複した遺伝子の新たな役割の獲得や役割分担の道筋には謎が多く残されています。
　九州大学大学院農学研究院 国際農業教育・研究推進センター、農学研究院水族分子発生学研究室の荻野由紀子准教授を中心とする、京都大学　安齋賢特定准教授、基礎生物学研究所　渡辺英治准教授、亀井保博RMC教授、成瀬清特任教授、福井県立大学　八杉公基准教授、岡山大学理学部附属牛窓臨海実験所　片山侑駿助教（研究当時）、坂本浩隆准教授、広島大学　荻野肇教授、東京理科大学　宮川信一准教授、横浜市立大学　佐藤友美教授、井口泰泉特任教授らの研究グループは、真骨魚類（注１)の系統で特異的に起きた全ゲノム重複（注２)により、男性ホルモン（アンドロゲン）の作用を遺伝子発現に変換するアンドロゲン受容体遺伝子のコピー数が２つに増えたことに着目し、メダカ(図１)における２つの遺伝子コピーの役割について変異体を用いて詳しく比較しました。その結果、アンドロゲン受容体遺伝子が精子形成の役割を別の遺伝子に任せて、オスに特徴的な“かたち、体色、繁殖行動”に役割分担を進めて特殊化していったことを世界で初めて明らかにしました（図２）。
　アンドロゲン受容体遺伝子を１コピーしか持たない哺乳類などの動物では、脳や外生殖器の性分化、精巣機能の維持、精子形成など多岐にわたる役割が１つの遺伝子で担われています。このような場合、ある役割にとって有利な変化が、他の役割には必ずしも有利とならないため、遺伝子機能の変化は強く抑制されている（保存的である）と考えられます。真骨魚類ではコピー数が増えたことに加え、精子形成の役割を喪失したことがアンドロゲン受容体遺伝子にのしかかっていた進化の抑制を緩和し、アンドロゲン受容体の役割の急速な多様化を促した可能性が示唆されます。
　これまで、重複した遺伝子群は、祖先的な役割を保ちながら、役割を新たに獲得、あるいは分担することにより、より複雑な仕組みを作り上げると理解されてきました。今回の発見により、祖先遺伝子が体の中で担っていた役割を大胆に捨てて、かつコピー数を増やして仕事の分担を進めて特殊化していったことにより、真骨魚類の多様化と繁栄をもたらした美しく長いヒレや華麗な交尾ダンスが獲得されたと考えられます。魚の美しさや行動の多様化と全ゲノム重複による性ホルモン受容体遺伝子の重複進化との関連性を詳細に示した最初の例であり、生物の性的特徴の多様化とゲノム進化の関係を探る上で大きな一歩となる研究です。
　本研究成果は2023年3月14日にNature Communications誌（Nature Publishing Group、イギリス）にオンライン公開されました。

(注１)：脊椎動物の系統の中で、ヒトやマウスに至る系統から、サメやエイなどの軟骨魚類が分岐した後に、条鰭類と呼ばれる硬骨魚類の系統が分岐した。真骨魚類はこの条鰭類の中で、多数を占めるグループであり、２万６千種以上の多数の種（脊椎動物の約半数）を含んでおり、多様な性的特徴を示す。
(注２)：受精卵が核分裂の後の細胞分裂に失敗して、遺伝子のセット（ゲノム）が並ぶ染色体の数が２倍になってしまう現象。全ての遺伝情報が倍化する。脊索動物から脊椎動物が進化するにあたり2回、真骨魚類の系統では、さらに１回多く３回の全ゲノム重複が起きたとされる。それが多様な形質発現を可能にしたと考えられている。

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掲載誌：Nature Communications
タイトル：Evolutionary differentiation of androgen receptor is responsible for sexual characteristic development in a teleost fish.
著者名：Yukiko Ogino*, Satoshi Ansai, Eiji Watanabe, Masaki Yasugi, Yukitoshi Katayama, Hirotaka Sakamoto, Keigo Okamoto, Kataaki Okubo, Yasuhiro Yamamoto, Ikuyo Hara, Touko Yamazaki, Ai Kato, Yasuhiro Kamei, Kiyoshi Naruse, Kohei Ohta, Hajime Ogino, Tatsuya Sakamoto, Shinichi Miyagawa, Tomomi Sato, Gen Yamada, Michael E. Baker, Taisen Iguchi
DOI：10.1038/s41467-023-37026-6

農学研究院　荻野 由紀子　准教授