Research press release

サメの視覚と嗅覚がゲノムから明らかに

Nature Ecology & Evolution

Shark’s sight and smell revealed through genomes

ジンベエザメとトラザメは、青色光に合わせた視覚系を有し、嗅覚関連の遺伝子が少なくなっていることを明らかにした論文が、今週掲載される。研究チームは、サメ類と哺乳類に共通する調節遺伝子と生殖遺伝子も見いだしている。

サメ類を含む軟骨魚類は、その他の有顎脊椎動物から約4億5000万年前に分岐しており、独特な生殖形質や感覚形質を有する。しかし、軟骨魚類のゲノム資源は乏しく、その独特の生活様式を理解する妨げとなっている。

工樂樹洋(くらく・しげひろ)たちは今回、イヌザメおよびトラザメに関してゲノムとトランスクリプトームの塩基配列解読を行い、最大の現生魚類であるジンベエザメのゲノムアセンブリーを改善した。そして、サメのゲノムを他の脊椎動物のゲノムと比較することにより、軟骨魚類の進化が硬骨魚類よりも低速であることを明らかにした。調べた3種のサメのうち2種(ジンベエザメおよびトラザメ)では、光を感知するオプシンの遺伝子のレパートリーが少なく、短波長と緑青色を感知するオプシンが欠如していることが分かった。工樂たちは、ジンベエザメとトラザメでオプシン遺伝子の数が少なくなっている理由として、青色光しか届かない深度での生活への適応であることを挙げている。また、これら3種のサメは、いずれも嗅覚受容体ファミリーの遺伝子を3個しか持っておらず、嗅覚に関して通常とは異なる分子機構に依存していることが示唆された。

工樂たちはまた、サメにおいて、哺乳類で食欲、消化、繁殖力、および睡眠に関わるホルモンや受容体の遺伝子と類似の遺伝子も見いだしており、こうした分子機構が現生有顎脊椎動物の最終共通祖先よりも前から存在していたことが示唆されている。

Whale sharks and cloudy catsharks have visual systems tuned towards blue light, and fewer genes associated with sense of smell, reports a study published online this week in Nature Ecology & Evolution. The authors also identify shared regulatory and reproductive genes between sharks and mammals.

Cartilaginous fish, including sharks, diverged from the rest of the jawed vertebrates around 450 million years ago - and have unique reproductive and sensory traits. However, genomic resources for cartilaginous fish are scarce, hindering our understanding of their unique lifestyles.

Shigehiro Kuraku and colleagues sequenced the genomes and transcriptomes of the brownbanded bamboo shark and cloudy catshark, and improved the genome assembly of the whale shark, the largest living fish. By comparing the shark genomes with those of other vertebrates, the authors find that cartilaginous fish have a slower rate of evolution than bony fish. They find that two of the three sharks species studied (whale sharks and cloudy catsharks) have a reduced repertoire of light-sensitive opsin genes, lacking the short-wavelength and green/blue-sensitive opsins. The authors suggest that the limited number of opsin genes in whale sharks and cloudy catsharks is an adaptation for living at depths that only blue light reaches. Additionally, all three shark species have only three olfactory receptor family genes, suggesting that they rely on an unconventional molecular mechanism to smell.

In the sharks, the authors also identify hormone and receptor genes similar to those implicated in appetite, digestion, fertility and sleep, in mammals - suggesting these molecular mechanisms trace back to before the last common ancestor of living jawed vertebrates.

doi: 10.1038/s41559-018-0673-5

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