市場で魚を売りたいですか?まず魚の飼育に関する基礎知識を知っておく必要があります

制作：中国科学普及協会

著者: 張如 (中国科学院水生生物学研究所)

プロデューサー: 中国科学博覧会

中国は食生活に魚を多く摂取する国です。魚は中国の食卓に欠かせない料理です。最近、「ドライヴ」を見た後、市場に魚を売りに行きたくなる人が多いと聞きました。魚を安定的に、そして生産的に繁殖させる秘訣を習得できれば、売れる魚がないと心配する必要は決してありません。

最近、中国科学院水生生物研究所の孫永華氏のチームと華中農業大学の陳振霞氏のチームが共同で行った研究論文では、ミトコンドリアの観点から魚類の生殖の謎を探った。

（写真提供：Veer Gallery）

水ネズミが戦場に登場！

中国人は自然から無制限に魚を採るのではなく、自ら魚を育てて魚を食べます。中国は養殖生産量が漁業生産量を上回っている世界唯一の大漁国であり、養殖業は国民経済と国民生活に関わる重要な産業の一つとなっている。

古代から現在に至るまで、中国人は水産資源の大量かつ安定した供給を得るためにさまざまな努力と試みを行ってきました。 3,000年以上前の商王朝の時代から、私たちの祖先は人工養殖を試み始めました。中国初の裕福な実業家、范麟は、世界初の養殖に関する本『養魚書』を著した。現代では、中国の科学者も魚の養殖の秘密の探求と持続可能な養殖の実現に多大な貢献をしてきました。

現代生物学における魚類の生殖発達に関する研究に関しては、水族館で活動する小さな熱帯観賞魚、ゼブラフィッシュに感謝しなければなりません。熱帯の川に生息するこの小魚は、体全体にシマウマに似た濃い青色の縞模様がたくさんあることからその名前が付けられました。

ゼブラフィッシュは魚類や脊椎動物の発達を研究するための重要な動物モデルであり、「水中の小さな白いネズミ」として知られています。この小さな魚には、魚の維持と繁殖の秘密が隠されています。

国立ゼブラフィッシュリソースセンターのゼブラフィッシュ

(画像提供: 国立ゼブラフィッシュリソースセンター)

魚はどこから来るのでしょうか？ —— 生殖幹細胞

ゼブラフィッシュをモデルとした研究により、始原生殖細胞の特殊化と生殖幹細胞の運命の維持を決定する多くの生殖質因子（動物の卵母細胞内のタンパク質とRNAで構成される特定の形態構造を持つ特殊な細胞質、「生殖質」と呼ばれる）が特定されています。

待ってください、始原生殖細胞と生殖系列幹細胞とは何ですか?

成体動物の生殖腺には、生殖系列幹細胞 (GSC) と呼ばれる独特な細胞群が存在します。精子と卵子の出発細胞はそれぞれ精原幹細胞 (SSC) と卵原幹細胞 (OSC) と呼ばれ、どちらも胚段階の始原生殖細胞 (PGC) から派生します。

始原生殖細胞は、初期の胚発生中に確立される生殖幹細胞の最初のグループであり、そのため生殖前駆細胞とも呼ばれます。胚期および成体において幹細胞の特性を持つ生殖細胞は、総称して生殖系列幹・前駆細胞 (GSPC) と呼ばれます。

魚類の生殖細胞の発達

（画像出典：著者）

魚はどうやって来るのですか？ ——生殖幹細胞の運命の維持と分化

生殖幹細胞は、個体から次世代への遺伝情報の唯一の伝達者であり伝達者であり、生物界における生命の継続という重要な使命を担っています。生殖細胞系幹前駆細胞の特殊化、移動、運命維持は、複数の遺伝子とシグナル伝達経路によって包括的に制御されています。生殖細胞系幹前駆細胞の誘導分化には、次の 2 つの決定が関係します。

1 つ目は、自己更新するか、分化するかの決定です。自己複製する生殖幹細胞は有糸分裂に入り、継続的に新しい幹細胞を生成します。分化することを選択した場合、生殖幹細胞は減数分裂に入り、最終的な形態（つまり、世代から世代へと受け継がれる精子や卵子などの生殖細胞）に分化します。

2 番目の決定は、減数分裂に入った生殖系列前駆細胞が卵子に発達するか精子に発達するかです。

生殖幹細胞の自己複製と分化は、精子と卵子を継続的に生成し、種の再生と存続を可能にするために、動的なバランスを達成する必要があります。

生殖幹細胞の自己複製と分化

生殖細胞幹細胞の自己複製が促進されるが分化が弱まると、生殖細胞腫瘍（セミノーマ）が発生します。自己複製が減少し、分化が促進されると、精原幹細胞の枯渇（精子形成枯渇）につながる。

（画像出典：Xie, et al., Biomolecules, 2020）

活発なミトコンドリアネットワークが幹細胞の運命決定に「力」を与える

ミトコンドリアは細胞の「発電所」として知られており、好気呼吸と酸化的リン酸化を通じて ATP を生成し、細胞活動にエネルギーを供給します。同時に、ミトコンドリアは融合と分裂の動的な変化を絶えず起こす非常に動的な細胞小器官であり、これをミトコンドリアダイナミクスと呼びます。

簡単に言えば、細胞内のミトコンドリアは複数のミトコンドリアに分裂したり、1 つのミトコンドリアに融合したりすることができます。ミトコンドリアの融合と分裂の動的なバランスは、ミトコンドリアの品質管理の重要な経路の 1 つであり、ミトコンドリアの自己複製と機能に不可欠です。

生殖細胞の異なる発達段階では、ミトコンドリアの数、大きさ、形態分布が異なり、ミトコンドリアの動態による生殖機能の調節がますます注目されています。

ミトコンドリアの分裂（左）と融合（右）。緑色の部分はミトコンドリア、紫色の部分は小胞体です。

（画像出典：https://www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(18)31308-4）

(GIF)

Pld6: 魚類生殖細胞系前駆細胞におけるミトコンドリア動態の安定化因子

ミトコンドリアが細胞の発達に与える「力」は無尽蔵である必要がありますが、過剰であってはなりません。では、ミトコンドリアの機能を制御するものは何でしょうか?

中国科学院水生生物学研究所の研究者らは、ゼブラフィッシュを研究モデルとして用い、魚類の生殖幹細胞前駆細胞にミトコンドリアの融合とミトコンドリアの動態を制御できる特異な遺伝子「Pld6」を発見した。

それで、Pld6はどのように機能するのでしょうか?

簡単に言えば、魚類の生殖幹前駆細胞において、Pld6 は「安定剤」のような働きをし、細胞内の「エネルギーポンプ」である非常に動的なミトコンドリアの秩序ある出力を制御し、それによって生殖幹前駆細胞の自己複製と分化のバランスと安定性を調節します。

ミトコンドリア融合調節因子pld6は生殖細胞系譜で特異的に発現する

卵巣：卵巣;精巣: 精巣

（画像出典：著者提供）

Pld6 がまだよくわからない場合は、以下の図をご覧ください。

Advanced Science Vol. の裏表紙。 9 第36話 洪水を治める禹大王

（画像出典：張如博士と孫永華研究員によるデザイン、Bangtuによる作成）

研究者らが描いた「大洪水を治める禹」の絵は、中国的な性質を非常に表しているが、それは Pld6 を介したミトコンドリア融合と、魚類生殖細胞株の発達恒常性と種の繁殖に対するミトコンドリアの動的制御に関する科学的な物語を生き生きと表現している。

生命の無限の循環は母なる川の無限の流れのようであり、生殖細胞の更新と分化は「黄河の水が天から来て海に流れ込み、二度と戻らない」のようなものです。生殖細胞は「世代から世代へと継続」しますが、洪水が川から海へと流れていくように増殖することはありません。

この絵では、大禹が鋤を持って洪水を制御しており、ミトコンドリア融合因子 Pld6 が生殖幹細胞の自己複製と分化のバランスを制御し、確保することで、数千マイルに渡って果てしなく流れ、無数の生命を生み出す母なる川を創り出すことを象徴しています。

結論

魚の養殖は私たちの生活に深く関わっており、水産業にとっても重要な課題です。魚の種類は豊富だが、人工的に大規模に養殖できる良質な魚種が著しく不足している。魚の生殖調節メカニズムをより深く理解することは、既存の魚の繁殖を促進するだけでなく、新しい養殖種の栽培にも役立ちます。

近い将来、より豊富で、より高品質で、より手頃な価格の魚が、何千もの中国の家庭の食卓に並ぶようになると私は信じています。

編集者：郭 雅新

注 1: この記事の関連コンテンツは、「生殖系列特異的なミトコンドリア融合調節因子は生殖系列幹細胞と前駆細胞の維持と分化に必要である」というタイトルで、Advanced Science の裏表紙論文として正式に公開されています。

注 2: ラテン語のテキストは斜体にする必要があります。