ショウジョウバエにおける求愛行動の種特異性を生み出す神経回路基盤の探索

• Project/Area Number: 15J05088
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Research Field: Neurophysiology / General neuroscience
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 田中 良弥 東北大学, 生命科学研究科, 特別研究員(DC1)
• Project Period (FY): 2015-04-24 – 2018-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2017)
• Budget Amount: ¥3,400,000 (Direct Cost: ¥3,400,000); Fiscal Year 2017: ¥1,100,000 (Direct Cost: ¥1,100,000); Fiscal Year 2016: ¥1,100,000 (Direct Cost: ¥1,100,000); Fiscal Year 2015: ¥1,200,000 (Direct Cost: ¥1,200,000)
• Keywords: 行動進化の神経メカニズム / ショウジョウバエ / 求愛行動 / fruitless遺伝子 / 行動の種間差 / ゲノム編集

Outline of Annual Research Achievements

本研究はショウジョウバエ属の求愛行動を材料に、行動の種間差を生み出す神経基盤を明らかにすることを目的としている。モデル種であるキイロショウジョウバエではfruitless(fru)と呼ばれる遺伝子の働きによって求愛行動が生み出されることが知られている。この知見から、fruが求愛行動の種間差の形成に関与している可能性を考えた。昨年度までに、キイロショウジョウバエとは異なる求愛行動を示すDrosophila subobscura(D. subobscura)にCRISR/Cas9システムを用いて、fru遺伝子座へ蛍光タンパク質マーカーを含む光遺伝学ツールの導入に成功している。
本年度は、作製したトランスジェニック系統を用いて蛍光タンパク質マーカーに対する免疫組織化学法を用いてfruを発現する神経回路を可視化し、それをキイロショウジョウバエのfru発現神経回路の構造と比較することに成功した。この取り組みによって、脳内のfruを発現する神経細胞の一部はD. subobscuraでのみ観察され、キイロショウジョウバエには見られないことを明らかにした。この結果は、異なる2種間で求愛行動の実現に関わるfru神経回路の構造が変化していることを示唆している。さらに、光遺伝学的な手法によって、fruを発現する神経回路を強制的に活性化するとD. subobscuraに特異的な求愛行動の要素が観察された。
また、改変した光遺伝学ツールを持つトランスジェニック系統を作製することによって、モザイク解析法をD. subobscuraに適用することに成功した。これによって、本種に特異的に見られる求愛行動に関わる少数のfru発現細胞を得ることに成功した。

Research Progress Status

29年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

29年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Balanced genetic diversity improves population fitness. (2018)
  • Author(s): Yuma Takahashi, Ryoya Tanaka, Daisuke Yamamoto, Suzuki Noriyuki & Masakado Kawata
  • Journal Title: Proceedings of the Royal Society B: Biological Sciences Volume: 285 Issue: 1871 Pages: 20172045-20172045
  • DOI: 10.1098/rspb.2017.2045
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Optogenetic Activation of the fruitless-Labeled Circuitry in Drosophila subobscura Males Induces Mating Motor Acts. (2017)
  • Author(s): Ryoya Tanaka, Tomohiro Higuchi, Soh Kohatsu, Kosei Sato and Daisuke Yamamoto
  • Journal Title: Journal of Neuroscience Volume: 37 Issue: 48 Pages: 11662-11674
  • DOI: 10.1523/jneurosci.1943-17.2017
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Clustered regulatory interspaced short palindromic repeats (CRISPR)-mediated mutagenesis and phenotype rescue by piggyBac transgenesis in a nonmodel Drosophila species. (2016)
  • Author(s): Tanaka, R., Murakami, H., Ote, M. and Yamamoto, D.
  • Journal Title: Insect Mol. Biol. Volume: 25 Issue: 4 Pages: 12232-12232
  • DOI: 10.1111/imb.12232
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] 非モデル種 Drosophila subobscuraでのCRISPR/Cas9による変異誘発 (2016)
  • Author(s): 村上 日向, 山元 大輔, 田中 良弥, 伊藤 弘樹
  • Journal Title: Genes & Genetic Systems Volume: 第90巻5号付録 Pages: 4-4
• [Presentation] 新規な求愛行動形質の獲得を実現する神経メカニズムの探求~ショウジョウバエを用いた試み~ (2017)
  • Author(s): 田中良弥・樋口智大・古波津創・佐藤 耕世・山元 大輔
  • Organizer: 日本進化学会第19回大会シンポジウム『繁殖行動の進化をもたらす神経基盤』
• [Presentation] Visualization and optogenetic activation of the fruitless-labeled circuitry in genome-edited Drosophila subobscura. (2017)
  • Author(s): Ryoya Tanaka, Tomohiro Higuchi, Soh Kohatsu, Kosei Sato and Daisuke Yamamoto
  • Organizer: EMBO|EMBL Symposia: Neural Circuits in the Past, Present and Future
• [Presentation] Anatomical dissection and optogenetic activation of the fruitless-labeled circuitry in genome-edited Drosophila subobscura. (2017)
  • Author(s): Ryoya Tanaka, Tomohiro Higuchi, Soh Kohatsu, Kosei Sato and Daisuke Yamamoto
  • Organizer: Cold spring harbor laboratory meeting: Neurobiology of Drosophila
• [Presentation] ショウジョウバエにおける求愛行動の種特異性を生み出す神経基盤の探索 (2016)
  • Author(s): 田中良弥・村上 日向・佐藤 耕世・山元 大輔.
  • Organizer: 2016年度行動遺伝学研究会「個体の繋がりの分子進化研究」
  • Place of Presentation: 国立遺伝学研究所（静岡県・三島市）
  • Year and Date: 2016-10-13
• [Presentation] Phenotypic analysis of a fruitless mutant and CRISPR-mediated transgenesis in D. subobscura (2016)
  • Author(s): Ryoya Tanaka・Hinata Murakami・Kosei Sato・Daisuke Yamamoto
  • Organizer: The 12th Japanese Drosophila Research Conference
  • Place of Presentation: 立教大学（東京都・豊島区）
  • Year and Date: 2016-09-09
• [Presentation] Drosophila subobscuraにおけるfruitless変異体の作製と遺伝学的ツールの適用～行動の種間差を生 み出す神経基盤を探る (2016)
  • Author(s): 田中良弥・村上 日向・佐藤 耕世・山元 大輔.
  • Organizer: 日本進化学会
  • Place of Presentation: 東京工業大学（東京都・目黒区）
  • Year and Date: 2016-08-25
• [Presentation] Drosophila subobscuraにおけるfruitless変異体の表現型解析と可視マーカーの作製 (2016)
  • Author(s): 田中良弥, 村上 日向, 大手 学, 山元 大輔
  • Organizer: 平成28年度蚕糸・昆虫機能利用学術講演会 日本蚕糸学会第86回大会
  • Place of Presentation: 京都府京都市 京都工芸繊維大学
  • Year and Date: 2016-03-17
• [Presentation] 行動の種間差を生み出すメカニズムを探る ～ショウジョウバエの求愛行動を用いた試み～ (2015)
  • Author(s): 田中良弥, 村上 日向, 大手 学, 山元 大輔
  • Organizer: 第3回生態進化発生コロキウム
  • Place of Presentation: 東京都文京区 東京大学
  • Year and Date: 2015-12-28
• [Presentation] Drosophila subobscuraにおけるfruitless遺伝子の機能解析 ～キイロショウジョウバエとの比較から求愛行動の進化を考える～ (2015)
  • Author(s): 田中良弥, 大手 学, 山元 大輔
  • Organizer: 第8回Evo-devo青年の会
  • Place of Presentation: 愛知県名古屋市 名古屋大学
  • Year and Date: 2015-06-27
• [Remarks] 雄の脳は雌にプレゼントをあげるようにプログラムされている ‐ショウジョウバエでの研究成果‐
  • URL: https://www.lifesci.tohoku.ac.jp/date/detail---id-47617.html
• [Remarks] 自然界でも〝個性〟が重要！ 「おっとり型」と「せかせか型」の共存が集団のパフォーマンスを高める
  • URL: https://www.lifesci.tohoku.ac.jp/research/results/detail---id-47721.html