東北大ら,生育時の光環境が色覚へ影響することを解明

東北大学は東京大学と共同で,錐体細胞で発現する光センサーである錐体オプシンに着目し,遺伝的変異および発育時の光環境の違いの双方によって生じる錐体オプシン遺伝子の発現量の多様性が,多様な色覚をもたらしていることを示した(ニュースリリース)。

さらに、オプシン遺伝子発現量の違いとそれに応じた色覚の違いは、グッピーのオスのオレンジ色に対するメスの好みの違いに関わることを明らかにした。

脊椎動物は網膜に2種類の視細胞をもち,桿体と錐体と呼ばれる。このうち明るいところで働き,色覚を司るのが錐体。錐体の細胞膜上には光センサーである視物質が高密度で埋め込まれており,この視物質を構成しているのが錐体オプシンで,オプシン遺伝子によって作られる。

錐体オプシンはその遺伝子配列と吸収波長の特性から4タイプ(紫外線型,青型,緑型,赤型)に分けられる。グッピーは,1種類の紫外線型オプシン(SWS1),2種類の青型オプシン(SWS2-A,SWS2-B),2種類の緑型オプシン(RH2-1,RH2-2)および4種類の赤型オプシン(LWS-1,LWS-2,LWS-3, LWS-4)の計9種類の錐体オプシンを有している。

観賞魚としても有名なグッピーは,オスの派手な体色およびオスの体色に対するメスの好みに非常に顕著な種内多様性があることが知られている。さらに色の見え方(色覚)にも個体差があり,色覚の多様性がメスの好みの多様性をもたらしている可能性が指摘されている。しかし,色覚の多様性が生じるメカニズムや色覚とメスの行動の関係はこれまで明確になっていない。

今回,研究グループは,異なるLWS-1遺伝子型の違いと成育時の光環境の違いが,オプシン遺伝子発現量にどう影響するかを調べ,さらに,オプシン発現量の違いが,特定の色の光(特定の光波長)に対する個体の感受性,さらに,オスのオレンジ色に対するメスの反応にどう影響するかを調べた。

その結果,LWS-1およびLWS-1の近傍に存在する2つのオプシン遺伝子(LWS-2,SWS2-B)の発現量(遺伝子情報からRNAが合成される量)が,異なるLWS-1遺伝子型をもつ個体の間で,異なることが明らかとなった。また生育時の光環境の違いも,複数のオプシン遺伝子の発現量に影響することが示された。

次に,オプトモーター反応(特定の視覚刺激を注視し,それを追従する本能行動の一種)を用いた行動実験によって,特定の波長に対する個体の光感受性を測定した。その結果,LWS-1の発現量が高い個体ほど緑やオレンジの単一波長光に対して高い感受性を示すことが明らかとなった。

研究グループは,この研究が,グッピーのメスの好みと感覚の特性の進化的な関係性について重要な知見を提供するとともに,野外における表現型多様性の維持メカニズムの解明に向けても大きな足がかりとなる可能性があるとしている。

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