シノシクロカイラス属の眼関連遺伝子の系統解析と発現の違い

Phylogenetic analysis and expression differences of eye-related genes in cavefish genus Sinocyclocheilus.

• Yahui Zhao
• Zushi Huang
• Jinqing Huang
• Chunguang Zhang
• Fanwei Meng

抄録

多くのカタクチイワシにおいて、視覚系の適応進化が観察されている。しかし、眼球変性などの退行性変化を含むこれらの適応の分子機構についてはほとんど知られていない。本研究では、中国産のSinocyclocheilus属12種（スタイゴビオン8種、スタイゴフィルス4種を含む）の6つの眼関連遺伝子（crx, foxg1b, opn1sw2, otx2, rho, sox2）の系統と発現パターンを解析し、これらの種の光受容体細胞形態を調べた。その結果、これらの眼球変性種は多系統であり、洞窟環境への応答において異なる程度の光受容体欠損を示した。眼球欠損と眼球変性は収束進化の結果であると考えられる。S. anophthalmusは眼球正常種とグループ化されたが、眼球変性の程度が高いだけでなく、眼球関連遺伝子の発現にも眼球正常種と比較して有意な差が見られた。その結果、正選択下にあると判断された遺伝子foxg1bは、発現の差から、S. anophthalmusの眼球変性の過程で重要な役割を果たしている可能性があることが示唆された。眼に関連する遺伝子の発現と選択が、本種の多病化に寄与している可能性がある。我々は6つの眼関連遺伝子の発現と複製を調べた結果、これらの遺伝子はシノシクロヘリウム属の魚類ではかなりの多様性を持っていることを明らかにした。その結果、Otx2とsox2は洞窟種で有意に発現が上昇し、他の4つの遺伝子（crx, foxg1b, opn1sw2, rho）は有意に発現が低下していることがわかった。これらの知見は、ケイブフィッシュの視覚系の進化に関わる分子機構を解明するための貴重なリソースを提供するものである。本論文は著作権により保護されています。無断転載を禁じます。

The adaptive evolution of visual systems has been observed in many cavefish. However, little is known about the molecular mechanisms underlying these adaptations, which include regressive changes such as eye degeneration. Here, we analyzed phylogenetic and expression patterns of six eye-related genes (crx, foxg1b, opn1sw2, otx2, rho, and sox2) in twelve Sinocyclocheilus species from China including eight stygobionts and four stygophiles, and examined photoreceptor cell morphology of these species. Those eye-degenerated species of Sinocyclocheilus were polyphyletic and showed different degrees of photoreceptor defects in responses to cave environments. The eye loss and degeneration are the result of convergent evolution. Although S. anophthalmus, grouped with the eye-normal species, it displayed not only a high degree of eye degeneration but also significant expression differences in eye-related genes compared with the eye-normal species. The gene foxg1b, which was determined to be under positive selection, might play an important role in the process of eye degeneration in S. anophthalmus based on differential expression. Eye-related gene expression and selection may have contributed to the polyphyly of the cave species. We examined gene expression and duplication in six eye-related genes and revealed that these genes displayed considerable diversity in relative expression in Sinocyclocheilus fishes. Otx2 and sox2 were significantly up-regulated in individual cave species, while the other four genes (crx, foxg1b, opn1sw2 and rho) were significantly down-regulated. These findings provide a valuable resource for elucidating molecular mechanisms associated with visual system evolution in cavefish. This article is protected by copyright. All rights reserved.

This article is protected by copyright. All rights reserved.