水玉模様のサイズはどのように決まるのか？ゲノム編集を用いた発生遺伝学的アプローチ

• Project/Area Number: 18J20452
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Research Field: Evolutionary biology
• Research Institution: Hokkaido University
• Principal Investigator: 福冨 雄一 北海道大学, 環境科学院, 特別研究員(DC1)
• Project Period (FY): 2018-04-25 – 2021-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2020)
• Budget Amount: ¥2,800,000 (Direct Cost: ¥2,800,000); Fiscal Year 2020: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000); Fiscal Year 2019: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000); Fiscal Year 2018: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000)
• Keywords: RNA-seq / 模様 / ゲノム編集

Outline of Annual Research Achievements

模様形成メカニズムを解明すると動物の模様の多様なパターンがどのように進化してきたのかを説明できるのではないだろうか。そのメカニズムとしてモルフォゲン(発生の際に拡散によって体のパターンを形成する因子)によって模様のパターンが形成されることが想定されてきた。拡散しうる模様形成因子としてミズタマショウジョウバエで初めてモルフォゲンであるWinglessが同定され(Werner et al. 2010 Nature)たが、Winglessの拡散によるパターン形成の存在自体は疑問視され始めた。では、本当のところは水玉模様の形成にWinglessの拡散は必要なのだろうか。また、この問いを理解する過程として、模様の形成に関与する、winglessの下流の因子の同定が必要である。
昨年度では、模様形成部位で発現し、winglessの下流にある遺伝子群をトランスクリプトーム解析で網羅的に同定した。本年度はまず、そのデータを論文として発表した(Fukutomi et al. 2021 FEBS J.)。
模様形成にWinglessの拡散が必要なのかはキイロショウジョウバエを用いて推定していた。メラニンの合成に必要な遺伝子であるyellow遺伝子のエンハンサー(ミズタマショウジョウバエの配列)とeGFP遺伝子をつなぎ、キイロショウジョウバエに導入するとEGFPタンパク質の蛍光による不完全な模様が翅において再現される(Werner et al. 2010)。この系統のキイロショウジョウバエと、野生型のwingless遺伝子がNRT-Wg遺伝子に置換された系統のキイロショウジョウバエを掛け合わせ、キイロショウジョウバエでWinglessタンパク質が拡散しない状況下でのEGFP発現範囲を調べた。
最後に、得られた研究結果をまとめて博士論文として提出し、博士(環境科学)を取得した。

Research Progress Status

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Transcriptome analysis reveals wingless regulates neural development and signaling genes in the region of wing pigmentation of a polka-dotted fruit fly. (2021)
  • Author(s): Yuichi Fukutomi, Shu Kondo, Atsushi Toyoda, Shuji Shigenobu, Shigeyuki Koshikawa
  • Journal Title: The FEBS journal Volume: 288 Issue: 1 Pages: 99-110
  • DOI: 10.1111/febs.15338
  • NAID: 120007181830
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Transcriptome analysis reveals evolutionary co-option of neural development and signaling genes for the wing pigmentation pattern of the polka-dotted fruit fly (2020)
  • Author(s): Yuichi Fukutomi, Shu Kondo, Atsushi Toyoda, Shuji Shigenobu, Shigeyuki Koshikawa
  • Journal Title: bioRxiv Volume: -
  • DOI: 10.1101/2020.01.09.899864
  • Open Access
• [Journal Article] 昆虫の模様形成研究の現在とこれから (2018)
  • Author(s): 福冨雄一、越川滋行
  • Journal Title: 蚕糸・昆虫バイオテック Volume: 87 Pages: 95-102
  • NAID: 130007722526
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] ミズタマショウジョウバエを用いた模様形成遺伝子ネットワークの探索 (2020)
  • Author(s): 福冨雄一, 重信秀治, 越川滋行
  • Organizer: 日本動物学会第91回大会オンライン
• [Presentation] Transcriptome analysis of Drosophila guttifera to elucidate the gene network related to color pattern formation (2020)
  • Author(s): Fukutomi Y, Shigenobu S, Koshikawa S
  • Organizer: 5th Asia Pacific Drosophila Research Conference and 4th Indian Drosophila Research Conference
• [Presentation] 模様形成遺伝子の探索～ミズタマショウジョウバエのトランスクリプトーム解析～ (2019)
  • Author(s): 福冨雄一、重信秀治、越川滋行
  • Organizer: 日本進化学会第21回大会
• [Presentation] ミズタマショウジョウバエを用いた模様形成因子の探索 (2019)
  • Author(s): 福冨雄一、重信秀治、越川滋行
  • Organizer: 第5回北海道大学部局横断シンポジウム
• [Presentation] ミズタマショウジョウバエの翅における模様形成プロセスの解明 (2019)
  • Author(s): 福冨雄一、越川滋行
  • Organizer: 第４回北海道大学部局横断シンポジウム
• [Presentation] Generation mechanism of a polka-dot pattern in Drosophila guttifera. (2018)
  • Author(s): 越川滋行、松本圭司、福冨雄一
  • Organizer: 第46回内藤コンファレンス
  • Int'l Joint Research
• [Remarks] 北海道大学環境科学院越川研究室ホームページ
  • URL: https://noah.ees.hokudai.ac.jp/koshi/index.html