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動物の肉体的な性別は出生時には決定されており、変わらないものだと思ってはいないだろうか？ 実は魚のうち約500種は、環境的なきっかけによって自然に性転換する。それは種の継続のために、長い間かけて進化してきた生殖戦略なのだ。

今回の研究で焦点が当てられたのは、ブルーヘッド（Bluehead Wrasse）と呼ばれるベラ科の魚で、この種は成熟後にメスからオスへの性転換が可能である。体色は黄色から青い頭部をもつものになり、生殖腺は卵巣から精巣へと変わる。これまで謎に満ちていたその秘密が、オープンアクセスの科学学術誌「Science Advances」で明かされている。

数時間で性転換の兆候をみせるメス

「わたしはブルーヘッドと呼ばれる魚を何年も追跡してきました。この魚は視覚的な刺激をもとに、非常に素早く性転換するのです」と、オーストラリアにあるラ・トローブ大学の遺伝学者、ジェニー・グレイヴス教授は語る。「性別がこれほど見事に転換する仕組みは、何十年も前から謎でした。遺伝子自体は変化しないので、視覚的合図によって遺伝子スイッチが切り替わっているに違いありません」

遺伝子スイッチの切り替えとは、つまりDNAの配列変化を伴わずして、特定の遺伝子のオンとオフを制御する、エピジェネティクスと呼ばれる遺伝子制御機構のことだ。

ブルーヘッドはカリブ海のサンゴ礁で、青い頭をもつ1匹のオスが、黄色いメスのハーレムを築いて暮らす魚である。ところが、このオスが群れからいなくなると、いちばん体の大きなメスが10日ほどで性転換する。それは人間のわれわれからすると考えられない“早技”だ。

オスが消えて数時間のうちに、いちばん大きなメスはストレス誘発反応を制御するコルチゾールの影響で気性が激しくなり、さらにオスのような求愛行動を見せるようになる。そしてオスへの移行期にあるメスは、1～2日で群れでの優位性を確立する。このころには女性ホルモンの血清エストロゲン濃度が低下して、卵巣閉鎖が観察できるという。

さらに3～4日経つと卵巣閉鎖が進行し、4～5日目には精巣組織が観察できる。6～7日経つと男性ホルモンの一種であるケトテストステロンが上昇して精子形成が始まり、8～10日以内には成熟した精子を生産して繁殖できるようになる。そして20日以内には、オスに典型的なあざやかな青い頭に着色する。

性転換で著しく変化する遺伝子発現

研究チームは、生殖できようになるまでの、10日間にわたるこの劇的な性転換を遺伝子レヴェルで理解するため、RNAシーケンス解析により生殖腺の遺伝子発現変動を分析した。すると、メスからオスへの移行期には、生殖腺の遺伝子発現に著しい変動が観察され、それらは段階的に分類されていることがわかった。

まずコルチゾールの刺激を受けたメスの脳では、イソトシン（isotocin）と呼ばれるホルモンが発現し、それは社会的優位性を確立するためのオス特有の行動を促す。次にアロマターゼ（cyp19a1a）の抑制がエストロゲンを停止させ、メス特有の遺伝子を抑制する。続いて抗ミュラー管ホルモン（amh）がオス化を促し、アンドロゲン遺伝子（cyp11c1およびhsd11b2）が精巣の発達に関与する。

この過程は性転換の中間期が、単純に“半分メス、半分オス”といった生殖腺細胞の雌雄の割合が変化するだけの組織分化をたどるのではなく、独特の細胞再プログラミングが起きていることを示唆しているという。

「性別変化には、生殖腺の完全な遺伝子再配線が行われていることがわかりました」と、共著者であるニュージーランドのオタゴ大学のエリカ・トッド博士は言う。「卵巣の維持に必要な遺伝子をまず停止させ、次に精巣形成を促進するための新しい遺伝回路を作動させるのです」

この研究は、ブルーヘッドにおける雌性先熟の性転換が起きるエピジェネティックなメカニズムを明らかにしたものだが、性転換する魚のなかには、オスからメスへと性別を変える種（雄性先熟）や、雌雄両方の生殖腺があるため両方向に何度も性転換する種もあるという。

この知見は、脊椎動物における性転換の詳細な分子像や、性決定におけるエピジェネティクスの役割を明確にしたのではないだろうか。研究チームはこれにより、さまざまな組織に分化する能力をもつ多能性細胞や、組織再プログラミングがどのように制御されているかの理解に役立つだろうと締めくくっている。