ミドリイガイのゲノム解析からわかった足糸の耐久性の秘密

用語説明

[用語1] ミドリイガイ : Perna viridis。東南アジア周辺の熱帯・亜熱帯の潮間帯（満潮時は水没し、干潮時は露出する場所）やそれよりやや深い場所に生息する。プランクトンや微小粒子を濾し取って食べる濾過食者である一方、魚や甲殻類など肉食生物の餌となり、その生物量（バイオマス）も大きいため、食物網において重要な位置を占める。足糸を張って海中の基盤に付着するが、互いに足糸を張り合って塊（マッセルベッド）を作ることも多く、その塊の隙間や陰が微小な生物に棲み場所を提供するため、生態系への物理的な貢献度も大きい。さらに、近年では人間の活動に伴って北米や南米など世界各地に分布を広げ、侵略的外来種としても注意が払われている。日本沿岸にも侵入しており、江の島では1988年からコロニーの形成が見られる。本研究では、江の島で採集したミドリイガイを用いた。

[用語2] ムール貝 : 狭義にはムラサキイガイ（Mytilus galloprovincialis）やヨーロッパイガイ（Mytilus edulis）のことを指すが、広義にはイガイ科の貝類全体を指す。フランス語のMoule（ムール）に由来しているが、英語ではMussel（マッセル、マッスル）と呼ばれる。イガイ科の貝類は、亜寒帯・温帯域に主に分布する前述のムラサキイガイやヨーロッパイガイ、本研究の対象である熱帯・亜熱帯性のミドリイガイやその近縁種であるモエギイガイ（パーナ貝）（Perna canaliculus）が食用として著名だが、他にも多くの種が存在し、淡水（カワヒバリガイLimnoperna fortuneiなど）から深海（シンカイヒバリガイBathymodiolus japonicusなど）まで様々な環境に進出しており、進化学的にも生態学的にも興味深い生物群である。本研究で得た配列情報により、イガイ科の貝類の系統関係も解明でき、ミドリイガイは、シンカイヒバリガイやカワヒバリガイよりもムラサキイガイに近縁であることがわかった。

[用語3] 海洋汚染の指標生物 : 海洋汚染の調査は一般に、海水や底質を採集して、その中に含まれる汚染物質を分析する方法がとられるが、汚染物質に曝露される生物の状態や体内への汚染物質の蓄積を調べるアプローチも有効な方法である。亜寒帯・温帯域ではムラサキイガイやヨーロッパイガイが、熱帯・亜熱帯域を調べるためにはミドリイガイが指標生物としてよく使われる。いずれも生物量が多く、海岸で簡単に採集できる利点があり、付着性で移動力が低いために、汚染している場所の特定が容易である。加えて、イガイ類は汚染物質を蓄積しやすい性質があると考えられており、イガイ類1個体の分析により、数十～数百リットルの海水の分析に匹敵する情報が得られるとの見積もりがある。イガイ類を指標に世界の海洋汚染を解明する「マッセルウォッチ」が1970年代に提唱され、展開されている。濾過食により周囲の海水からマイクロプラスチックを吸い込んで体内に貯める性質があるため、マイクロプラスチック汚染の研究においても重要な研究対象となっている。

[用語4] 全ゲノム配列 : それぞれの生物がもつ核酸のすべての遺伝情報をゲノムと呼ぶ。ゲノムは多くの生物においてDNAの配列として存在するため、その生物のすべてのDNA配列が全ゲノム配列に相当する。全ゲノム配列を解読することで、その生物がもつすべての遺伝子や、遺伝子を制御する情報などを明らかにすることができる。

[用語5] 足糸 : イガイ類が付着するために合成する、主にタンパク質でできた糸（図1）。イガイ類は足で足糸を合成し、足糸牽引筋という筋肉で引っ張ることにより基盤に付着している。糸の本体は主に数種のコラーゲンでできている。先端には吸盤のような形の面盤があり、この部分で基盤に付着する。糸の表面と面盤はFoot proteinと総称される様々なタンパク質で構成されている。様々な材質に水中で付着できる足糸の成分を研究することで、水中で接着できる新しい接着剤が開発できる可能性があるため、多くの研究者が研究に取り組んできたが、そのメカニズムはまだ十分には解明されていない。足での高発現を基準として足糸に関わる遺伝子を抽出することに成功した本研究の成果を活用することで、足糸形成のしくみの解明がさらに進む可能性がある。

[用語6] 足 : 二枚貝が移動する際に使う体の組織。アサリなどの足はとがった舌のような形だが、イガイ類の足は細長く、伸縮させながら移動するほか、足糸の合成を担当する。足の裏側には足糸の鋳型になる溝があり、そこに様々なタンパク質を分泌することによって足糸が形成される。

[用語7] N50値 : バラバラに解読した短いDNA断片配列を、コンピューターでアセンブリする作業を進めると、多くの断片が連結された長い配列ができていく。これら連結でできた長い配列をScaffoldと呼ぶ。アセンブリがうまくできているほどScaffoldの長さは長くなる。N50値はアセンブリの出来栄えを評価する指標のひとつで、Scaffoldを長い方から順に足していき、全体の半分の長さに達した時のScaffoldの長さのことを指す。本研究のN50値（約410万塩基長）は、既存のイガイ類のゲノム配列中で最も高い値を示したイガイ（Mytilus coruscus）のN50値（90万塩基長）より圧倒的に長く、アセンブリの結果が極めて良好であることを示している。

[用語8] BUSCO : Benchmarking Universal Single-Copy Orthologsの略称。全ゲノム配列が解析された多数の生物が共通して持っており、かつ遺伝子数がゲノム上にひとつしかない遺伝子（Core Gene）のリストを用いて配列アセンブリや遺伝子予測の完成度を評価する方法。このリストに含まれる遺伝子は、基本的にそれぞれの生物が必ずひとつ持っていると考えられるので、解読した配列にこのリスト中の遺伝子がどれだけ含まれているかを調べることで、その完成度を評価できる。今回の結果99.4%は、あるべき遺伝子がほぼすべて含まれている極めて高い結果である。既存のイガイ類のゲノム配列で最もBUSCO値が高いのはムラサキイガイの85.5%であった。

論文情報

掲載誌 :	Scientific Reports
論文タイトル :	Genomics and transcriptomics of the green mussel explain the durability of its byssus
著者 :	Koji Inoue*, Yuki Yoshioka, Hiroyuki Tanaka, Azusa Kinjo, Mieko Sassa, Ikuo Ueda, Chuya Shinzato, Atsushi Toyoda, Takehiko Itoh
DOI :	10.1038/s41598-021-84948-6