ゼブラフィッシュのCNTD1ノックアウトに基づいて、マジョーのクロスオーバー周波数を破壊することによるさまざまな倍数体の形成

植物と動物の王国の両方での種分化と進化プロセスの重要な触媒である倍数性は、長い間認識されてきました。ただし、特に脊椎動物での倍数体形成につながる正確な分子メカニズムは完全には理解されていません。私たちの研究は、ゼブラフィッシュモデルを使用してこの現象を解明することを目的としています。CRISPR/CAS9テクノロジーを使用して、1（CNTD1）を含むサイクリンN末端ドメインの効果的なノックアウトを成功裏に達成しました。これにより、減数分裂の交差オーバーの形成が損なわれ、減数分裂の中期中に細胞周期停止が発生し、精巣内の精子細胞のアポトーシスが引き起こされました。これらの欠陥にもかかわらず、変異体（CNTD1 - / - ）の男性は、正常な倍数性と機能を備えた限られた量の精子を生成することができました。興味深いことに、変異体の雌では、変化したのは卵産生の能力ではなく、倍数性でした。これにより、半数体、異常、および還元されていない配偶子が生成されました。この変化により、CNTD1 - / - およびCNTD1 - / - / - 雌からそれぞれ三倍体および四倍体のゼブラフィッシュを正常に取得することができました。さらに、四倍体ヘテロ接合ゼブラフィッシュは、それぞれ薄双倍体配偶子を産生し、野生型（WT）または四倍体のゼブラフィッシュと交配すると、全三倍体または全型倍体の子孫を生成しました。集合的に、私たちの調査結果は、倍数化の過程における減数分裂クロスオーバー欠陥の重要な役割を支持する直接的な証拠を提供します。これは、魚や潜在的に他の脊椎動物種の生成されていない卵の生成で特に顕著です。

Polyploidy, a significant catalyst for speciation and evolutionary processes in both plant and animal kingdoms, has been recognized for a long time. However, the exact molecular mechanism that leads to polyploid formation, especially in vertebrates, is not fully understood. Our study aimed to elucidate this phenomenon using the zebrafish model. We successfully achieved an effective knockout of the cyclin N-terminal domain containing 1 (cntd1) using CRISPR/Cas9 technology. This resulted in impaired formation of meiotic crossovers, leading to cell-cycle arrest during meiotic metaphase and triggering apoptosis of spermatocytes in the testes. Despite these defects, the mutant (cntd1-/-) males were still able to produce a limited amount of sperm with normal ploidy and function. Interestingly, in the mutant females, it was the ploidy, not the capacity of egg production that was altered. This resulted in the production of haploid, aneuploid, and unreduced gametes. This alteration enabled us to successfully obtain triploid and tetraploid zebrafish from cntd1-/- and cntd1-/-/- females, respectively. Furthermore, the tetraploid-heterozygous zebrafish produced reduced-diploid gametes and yielded all-triploid or all-tetraploid offspring when crossed with wild-type (WT) or tetraploid zebrafish, respectively. Collectively, our findings provide direct evidence supporting the crucial role of meiotic crossover defects in the process of polyploidization. This is particularly evident in the generation of unreduced eggs in fish and, potentially, other vertebrate species.