シロアリのカースト分化調節機構の解明：兵隊分化をモデルとしたソシオゲノミクス

• Project/Area Number: 12J03468
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Research Field: Ecology/Environment
• Research Institution: Hokkaido University
• Principal Investigator: 渡邊 大 北海道大学, 地球環境科学研究院, 特別研究員(PD)
• Project Period (FY): 2012-04-01 – 2015-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2014)
• Budget Amount: ¥3,700,000 (Direct Cost: ¥3,400,000、Indirect Cost: ¥300,000); Fiscal Year 2014: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000); Fiscal Year 2013: ¥1,200,000 (Direct Cost: ¥1,200,000); Fiscal Year 2012: ¥1,200,000 (Direct Cost: ¥1,200,000)
• Keywords: シロアリ / 兵隊 / カースト分化 / ソシオゲノミクス / RNA-seq / 次世代シーケンサー / 幼若ホルモン / GCMS / 次世代シークエンサー

Outline of Annual Research Achievements

本研究は，シロアリの兵隊カースト分化調節の至近機構を明らかにすることを目標としている．兵隊は幼若ホルモン（JH）量の上昇に伴って職蟻から分化するカーストで，その分化は巣内の兵隊が少ないと促進され，十分だと抑制される．兵隊分化調節には，兵隊による起動フェロモンの分泌と，職蟻でのフェロモン受容，JH量の変化，後胚発生の制御が関係すると考えられるが，詳細は不明である．そこで本研究では，①GCMSやLCMSを用いた化学生態学的解析と，②次世代シーケンサー（NGS）を用いた分子生物学的解析により，フェロモン受容や発生制御の至近機構を明らかにすることを目的とする．材料はヤマトシロアリReticulitermes speratusである．
職蟻並びに兵隊の体表洗浄物中に含まれる有機物を解析・比較したところ，本種の兵隊には，職蟻にはない特異的な有機物が多く含まれることが明らかとなり，特に顕著な存在比を示す２つの有機化合物を同定することができた．また，地域個体群ごとにこの２つの有機化合物の存在比が変化することも明らかとなった．これらの有機物が，兵隊分化制御機構などの兵隊特異的な機能に関係している可能性は高いと考えられる．
更に，「兵隊の影響を受けなかった職蟻」と「兵隊の影響を受けた職蟻」のトランスクリプトームを比較するRNA-seqについて，繰り返しを用意し，より信頼性の高い解析を行った．職蟻由来のmRNAから再構成された約18万個のコンティグを利用した発現解析をした結果，兵隊の不在・存在によって有意に発現量が変動する遺伝子について改めて知見を得られたと同時に，アイソフォームレベルで発現量が異なる遺伝子があることが，今回新たに明らかになった．兵隊分化制御には，単に遺伝子の発現のオンオフだけではない，複雑なメカニズムが関係することが示唆された．

Research Progress Status

26年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

26年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] The evolutionary history of termites as inferred from 66 mitochondrial genomes (2015)
  • Author(s): Bourguignon T, Lo N, Cameron SL, Sobotonik J, Hayashi Y, Shigenobu S, Watanabe D, Roisin Y, Miura T, Evans TA
  • Journal Title: Molecular Biology and Evolution Volume: 32 Pages: 406-421
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] オオシロアリの兵隊特異的な形態形成における全兵隊クチクラの役割 (2014)
  • Author(s): 杉目康広・渡邊大・三浦徹
  • Journal Title: しろあり Volume: 162 Pages: 29-32
• [Journal Article] Social interactions affecting caste development through physiological actions in termites (2014)
  • Author(s): Watanabe D, Gotoh H, Miura T, Maekawa K
  • Journal Title: Frontiers in Physiology Volume: 5 Pages: 127-127
  • DOI: 10.3389/fphys.2014.00127
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Construction and characterization of normalized cDNA libraries by 454 pyrosequencing and estimation of DNA methylation levels in three distantly related termite specie (2013)
  • Author(s): Hayashi Y, Shigenobu S, Watanabe D, Toga K, Saiki R, Shimada K, Bourguignon T, Lo N, Hojo M, Maekawa K, Miura T
  • Journal Title: PLOS ONE Volume: 8 Issue: 9 Pages: e76678-e76678
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0076678
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] Genome sequences and transcriptomes reveal insights into proximate mechanisms during caste differentiation of termites (2015)
  • Author(s): Maekawa K, Saiki R, Hayashi Y, Watanabe D, Shigenobu S, Miura T
  • Organizer: International Symposium on Genome Science 2015
  • Place of Presentation: 一ツ橋ホール（東京）
  • Year and Date: 2015-01-20 – 2015-01-21
• [Presentation] ヤマトシロアリReticulitermes speratusの新規ゲノム配列決定の試み (2014)
  • Author(s): 前川清人・渡邊大・林良信・重信秀治・三浦徹
  • Organizer: 新学術「ゲノム支援」2014年度拡大班会議
  • Place of Presentation: ポートピアホテル（兵庫）
  • Year and Date: 2014-08-20 – 2014-08-21
• [Presentation] ヤマトシロアリReticulitermes speratusの各カーストにおけるBS-seq解析 (2014)
  • Author(s): 前川清人・渡邊大・林良信・重信秀治・三浦徹
  • Organizer: 新学術「ゲノム支援」2014年度拡大班会議
  • Place of Presentation: ポートピアホテル（兵庫）
  • Year and Date: 2014-08-20 – 2014-08-21
• [Presentation] Transcriptomics on social interactions in termites: Effects of soldier presence (2014)
  • Author(s): Watanabe D, Matsunami M, Hayashi Y, Yaguchi H, Shigenobu S, Miura T, Maekawa K
  • Organizer: The International Union for the Study of Social Insects 17th congress
  • Place of Presentation: Cairns Convention Center (Australia)
  • Year and Date: 2014-07-17
• [Presentation] Role of JH in the sex-biased termite soldier differentiation (2014)
  • Author(s): Maekawa K, Hanmoto S, Watanabe D, Toga K, Miura T
  • Organizer: The International Union for the Study of Social Insects 17th congress
  • Place of Presentation: Cairns Convention Center (Australia)
  • Year and Date: 2014-07-17
• [Presentation] Presoldier cuticle contributes to the soldier morphogenesis in termites (2014)
  • Author(s): Sugime Y, Ogawa K, Watanabe D, Shimoji H, Koshikawa S, Miura T
  • Organizer: The International Union for the Study of Social Insects 17th congress
  • Place of Presentation: Cairns Convention Center (Australia)
  • Year and Date: 2014-07-15
• [Presentation] Sex differences in JH titer and related gene expressions in a nasute termite Nasutitermes takasagoensis (2014)
  • Author(s): Hanmoto S, Watanabe D, Toga K, Miura T, Maekawa K
  • Organizer: The 10th International Conference on Juvenile Hormones
  • Place of Presentation: 文部科学省研究交流センター（茨城）
  • Year and Date: 2014-06-09
• [Presentation] シロアリのカースト分化における社会生理機構に関するトランスクリプトミクス (2014)
  • Author(s): 渡邊大, 松波雅俊, 林良信, 重信秀治, 三浦徹, 前川清人
  • Organizer: 日本生態学会第61回全国大会
  • Place of Presentation: 広島国際会議場(広島)
  • Year and Date: 2014-03-16
• [Presentation] なぜタカサゴシロアリには雄のソルジャーしかいないのか? (2014)
  • Author(s): 半本秀太朗, 渡邊大, 三浦徹, 前川清人
  • Organizer: 平成25年度日本動物学会中部支部大会
  • Place of Presentation: 基礎生物学研究所(愛知)
  • Year and Date: 2014-03-08
• [Presentation] エンドウヒゲナガアブラムシにおける卵生メス特異的性フェロモン腺の発生と性フェロモン合成の分子基盤 (2014)
  • Author(s): 村野宏樹, 小川浩太, 梶智就, 渡邊大, 三浦徹
  • Organizer: 日本応用動物昆虫学会第58回全国大会
  • Place of Presentation: 高知大学(南国)
• [Presentation] タカサゴシロアリの性特異的な兵隊分化における幼若ホルモンの働き (2013)
  • Author(s): 半本秀太朗, 三浦徹, 渡邊大, 前川清人
  • Organizer: 4th International Symposium on Life Sciences in Toyama
  • Place of Presentation: 富山大学(富山)
  • Year and Date: 2013-11-28
• [Presentation] タカサゴシロアリの性とリンクした兵隊分化 : 雌雄職蟻の幼若ホルモン量の比較解析 (2013)
  • Author(s): 半本秀太朗, 渡邊大, 三浦徹, 前川清人
  • Organizer: 日本昆虫学会第73回全国大会
  • Place of Presentation: 北海道大学(札幌)
  • Year and Date: 2013-09-16
• [Presentation] オオシロアリにおける兵隊特異的な唾液腺分化と発現タンパクの同定 (2013)
  • Author(s): 箕浦るん, 渡邊大, 三浦徹
  • Organizer: 日本昆虫学会第73回全国大会
  • Place of Presentation: 北海道大学(札幌)
  • Year and Date: 2013-09-16
• [Presentation] オオシロアリの前兵隊特異的なクチクラ形質と頭部伸長現象 (2013)
  • Author(s): 杉目康広, 小川浩太, 渡邊大, 三浦徹
  • Organizer: 日本昆虫学会第73回全国大会
  • Place of Presentation: 北海道大学(札幌)
  • Year and Date: 2013-09-16
• [Presentation] シロアリのカースト分化制御機構の解明に向けたソシオゲノミクス的アプローチ (2013)
  • Author(s): 渡邊大, 松波雅俊, 林良信, 重信秀治, 三浦徹, 前川清人
  • Organizer: 日本生態学会第60回全国大会
  • Place of Presentation: グランシップ(静岡)
  • Year and Date: 2013-03-07
• [Presentation] オオシロアリにおいて兵隊特異的に分化する唾液腺のプロテオミクス (2013)
  • Author(s): 箕浦るん, 阿部太亮, 渡邊大, 三浦徹
  • Organizer: 日本生態学会第60回全国大会
  • Place of Presentation: グランシップ(静岡)
  • Year and Date: 2013-03-06
• [Presentation] Social interactions and gene expressions involved in the soldier differentiation of a termite Reticulitermes speratus (2012)
  • Author(s): Watanabe D, Miura T, Maekawa K
  • Organizer: 24th International Congress of Entomology
  • Place of Presentation: EXCO (Korea)
  • Year and Date: 2012-08-20
• [Presentation] ヤマトシロアリにおける化学コミュニケーションを介した兵隊カースト分化の制御メカニズム (2012)
  • Author(s): 渡邊大, 松波雅俊, 三浦徹, 前川清人
  • Organizer: 第7回化学生態学研究会
  • Place of Presentation: 湯の川プリンスホテル渚亭(北海道)
  • Year and Date: 2012-06-29
• [Remarks] 富山大学 前川研究室HP
  • URL: http://www.sci.u-toyama.ac.jp/bio/maekawa-lab/maekawa-index.html
• [Remarks] 北海道大学 三浦研究室
  • URL: http://noah.ees.hokudai.ac.jp/~miu/miura_lab_japanese.html
• [Remarks]
  • URL: http://noah.ees.hokudai.ac.jp/~miu/miura_1ab_japanese.html
• [Remarks]
  • URL: http://www.sci.u-toyama.ac.jp/bio/maekawa-lab/maekawa-index
• [Remarks]
  • URL: http://noah.ees.hokudai.ac.jp/~miu/miura_lab_japanese.html
• [Remarks]
  • URL: http://www.sci.u-toyama.ac.jp/bio/maekawa-lab/maekawa-index.html