侵略アリで生じた侵略成功をもたらす形質進化の分子遺伝学的基盤の解明

• Project/Area Number: 16J00011
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Research Field: Ecology/Environment
• Research Institution: Utsunomiya University (2017-2019); Gifu University (2016)
• Principal Investigator: 宮川 美里 宇都宮大学, バイオサイエンス教育研究センター, 特別研究員(PD) (00648082)
• Project Period (FY): 2016-04-22 – 2020-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2019)
• Budget Amount: ¥4,420,000 (Direct Cost: ¥3,400,000、Indirect Cost: ¥1,020,000); Fiscal Year 2018: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000); Fiscal Year 2017: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000); Fiscal Year 2016: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
• Keywords: 性決定機構 / 膜翅目昆虫 / 社会性昆虫 / 真社会性昆虫 / 性決定遺伝子 / dsx / アリ

Outline of Annual Research Achievements

アリやハチを含む膜翅目昆虫における単数倍数性の性決定は真社会性の進化を促す要素の一つであり、背景にはヘテロ型なら雌、ヘミ・ホモ型なら雄になる単一の性決定遺伝子座CSDが存在する。ミツバチでは性決定初期シグナルcomplementary sex determiner (csd)が下流の feminizer (fem)や doublesex (dsx)を制御し性分化に至る。しかし 単一のCSDで制御される機構には、近親交配で生じた次世代の半分が二倍体の不妊雄になる弱点がある。
一部の膜翅目昆虫では、二つ以上のCSDを獲得し、少なくとも一つの遺伝子座がヘテロ型であれば雌に、全ての遺伝子座がホモ型になれば雄になることで、近親交配が生じた際の不妊雄の出現頻度を抑制していることが分かっている。これらの種では、雌への分化を方向付けるヘテロ型CSDと、雄への分化を方向付けるホモ型CSDが混在した個体も表現型は雌になる。しかし、複数のCSD由来の初期シグナルがどのように統合され性分化に至るのかは不明である。本研究ではCSD が二つの染色体上に存在するウメマツアリに注目し、性決定の背景にある分子機構を明らかにすべく、dsx やfemなどの性決定関連因子のスプライシングパターンと二つのCSDのアリルパターンおよび表現型の雌雄との関連を解析した。その結果、CSDにおいて少なくとも一方がヘテロ型であれば雌になり、dsx やfemは雌特異的な発現を示した。一方、二つの遺伝子座がホモ型の場合のみ雄になり、dsx やfemは雌特異的な発現を示した。これらの結果から、二つのCSDに由来する性決定初期シグナルはfemに統合され、下流のdsxが性特異的にスプライシングされることによって性決定が行われると予想される。今後は上記の予想を確かめるため、機能解析による性転換の有無を調べる予定である。

Research Progress Status

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Two insulin‐like peptides may regulate egg production in opposite directions via juvenile hormone signaling in the queenless ant Pristomyrmex punctatus (2020)
  • Author(s): Marina Araki Misato O. Miyakawa Tomohiro Suzuki Hitoshi Miyakawa
  • Journal Title: Journal of Experimental Zoology Part B Volume: 334 Issue: 4 Pages: 225-234
  • DOI: 10.1002/jez.b.22935
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Induction and Evaluation of Inbreeding Crosses Using the Ant, <em>Vollenhovia Emeryi</em> (2018)
  • Author(s): Miyakawa Misato O.、Miyakawa Hitoshi
  • Journal Title: Journal of Visualized Experiments Volume: 140 Issue: 140
  • DOI: 10.3791/58521
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] The doublesex gene integrates multi-locus complementary sex determination signals in the Japanese ant, Vollenhovia emeryi (2018)
  • Author(s): Miyakawa Misato Okamoto、Tsuchida Koji、Miyakawa Hitoshi
  • Journal Title: Insect Biochemistry and Molecular Biology Volume: 94 Pages: 42-49
  • DOI: 10.1016/j.ibmb.2018.01.006
• [Presentation] 膜翅目昆虫で進化した性分化初期シグナルの複数化とその分子機構 (2019)
  • Author(s): 宮川（岡本）美里、宮川一志
  • Organizer: 日本応用動物昆虫学会第62回大会
• [Presentation] Invasion success of the ants, despite a drastic genetic bottleneck and an inbreeding depression (2019)
  • Author(s): Misato Okamoto Miyakawa
  • Organizer: International Workshop on Bioimaging (IWBI 2019)
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] ウメマツアリで進化した複数の初期シグナルで制御される性決定機構の解明 (2018)
  • Author(s): 宮川美里、宮川一志
  • Organizer: 日本動物学会89回大会
• [Presentation] Evolution and molecular mechanism of multi locus sex determination system in ant, Vollenhovia emeryi (2018)
  • Author(s): Misato Okamoto Miyakawa, Hitoshi Miyakawa
  • Organizer: 9th Congress of International Society of Hymenopterists
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 膜翅目昆虫における複数化した性分化初期シグナルを統合する機構 (2018)
  • Author(s): 宮川（岡本）美里、土田浩治、宮川一志
  • Organizer: 日本生態学会第65回大会
• [Presentation] ワーカー内に繁殖分業が存在するアミメアリにおける卵巣発達を制御する遺伝子の探索 (2018)
  • Author(s): 荒木鞠那, 宮川(岡本)美里, 宮川一志
  • Organizer: 日本生態学会第65回大会
• [Presentation] doublesexはウメマツアリにおける複数化した性決定初期シグナルを統合するか? (2017)
  • Author(s): 宮川（岡本）美里
  • Organizer: 第７回オプトバイオシンポジウム
• [Presentation] ウメマツアリにおける近親交配のコストを抑制する性決定初期遺伝子の複数化とその分子遺伝学的機構 (2017)
  • Author(s): 宮川（岡本）美里、土田浩治、宮川一志
  • Organizer: 日本進化学会第19回大会
• [Presentation] Observation of stained biological sample using wavelength scanning digital holography (2016)
  • Author(s): Siti Nabilah Hassan, Misato Miyakawa, Yoshio Hayasaki
  • Organizer: The 6th Korea-Japan Workshop on Digital Holography and Information Photonics (DHIP)
  • Place of Presentation: 札幌
  • Year and Date: 2016-12-19
• [Book] 外来アリのはなし (2020)
  • Author(s): 橋本 佳明
  • Total Pages: 200
  • Publisher: 朝倉書店
  • ISBN: 9784254171723