Studies on the regulatory mechanisms of the caste differentiation induced by the imaginal individuals of termites

• Project/Area Number: 19770012
• Research Category: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Field: Ecology/Environment
• Research Institution: University of Toyama
• Principal Investigator: MAEKAWA Kiyoto University of Toyama, 大学院理工学研究部(理学), 准教授 (20345557)
• Project Period (FY): 2007 – 2008
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2008)
• Budget Amount: ¥3,750,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥450,000); Fiscal Year 2008: ¥1,950,000 (Direct Cost: ¥1,500,000、Indirect Cost: ¥450,000); Fiscal Year 2007: ¥1,800,000 (Direct Cost: ¥1,800,000)
• Keywords: 進化生態 / 社会性昆虫 / 幼若ホルモン / カースト分化 / ヤマトシロアリ / ネバダオオシロアリ / タカサゴシロアリ / ソルジャー

Research Abstract

高度な社会性を獲得したシロアリ類には、巣の防衛を担うソルジャーが存在する。ソルジャーは、特殊な形態により自らは摂食できず、巣内の割合は一定に保たれる必要がある。ソルジャー分化の調節に関しては、幼若ホルモン(JH)が重要な役割を担うことが知られるが、初期(王と女王による創設直後)巣では、ソルジャーが長期間1個体しか存在しないことが知られ、親個体による分化調節の存在が示唆される。本研究では、親個体による兵隊の認識と分化調節の機構を明らかにすることを目的とし、系統的に重要な複数種を材料として初期コロニーを作製して解析を行った。まず、ヤマトシロアリとネバダオオシロアリの初期コロニーを作製し、ソルジャーが出現した後に、コロニー状態を変化させて、JHによるソルジャー分化誘導に如何なる影響が与えられるかを調べた。その結果、生殖虫の有無により、JHによるソルジャー誘導率には大きな違いが見られ、生殖虫の存在下では有意に分化率が低下することが明らかとなった。また、幼虫のJH結合タンパク質(ヘクサメリン)遺伝子の発現量は、巣内のソルジャーを取り除いた後で大きく低下することも示された。続いて、コロニーの発達に伴うソルジャー数を調査すると同時に、親個体との接触で幼虫に如何なる生理的な変化が見られるのかを解析した。ヤマトシロアリの場合には、創巣後7.5ヶ月経過したコロニーでソルジャーが2匹存在する場合が観察され(約30%)、飼育下で2匹目の兵隊が出現するタイミングをある程度把握することに成功した。ネバダオオシロアリの初期コロニーでは、親個体と物理的な接触がない限り新規のソルジャーは出現しないことを実験的に確かめた。その際の子虫の生理的な状態を、幼若ホルモン結合タンパク(ヘクサメリン)遺伝子とインシュリン受容体遺伝子の発現量を経時的に比較することで推察した。その結果、親個体の接触下では両遺伝子とも発現量が大きく変動していることが示された。

Research Products

• [Journal Article] Presoldier induction by juvenile hormone analogue in the nasute termite Nasutitermes takasagoensis (Isoptera: Termitidae) (2009)
  • Author(s): Toga K, Hojo M, Miura T and Maekawa K.
  • Journal Title: Zoological Science (in press)
• [Journal Article] Spectrophotometric analysis of dorsal coloration in Phelotrupes auratus (Coleoptera: Geotrupidae): comparisons between populations, sexes and beetles with varying extents of wear (2008)
  • Author(s): Akamine M, Maekawa K and Kon M.
  • Journal Title: Entomological Review of Japan 63 Pages: 129-134
  • NAID: 10024825333
• [Journal Article] A quantitative spectrophotometric analysis of geographic color variation of Phelotrupes auratus (Coleoptera, Geotrupidae) throughout its distribution range (2008)
  • Author(s): Akamine M, Maekawa K and Kon M.
  • Journal Title: Japanese Journal of Systematic Entomology 14 Pages: 171-181
• [Journal Article] Altricial development in subsocial wood-feeding cockroaches (2008)
  • Author(s): Nalepa C, Maekawa K, Shimada K, Saito Y, Arellano C and Matsumoto T.
  • Journal Title: Zoological Science 25 Pages: 1190-1198
  • NAID: 40016434653
• [Journal Article] Spectrophotometric analysis of dorsal coloration in Phelotrupes auratus (Coleoptera, Geotrupidae): a comparison of beetles collected in 2001 and 2005 (2008)
  • Author(s): Akamine M, Maekawa K and Kon M.
  • Journal Title: Elytra, Tokyo 36 Pages: 309-310
  • NAID: 10025748792
• [Journal Article] Geographic color variation of Phelotrupes auratus (Coleoptera, Geotrupidae) in the Kinki district, Central Japan: a quantitative spectrophotometric analysis (2008)
  • Author(s): Akamine M, Maekawa K and Kon M.
  • Journal Title: Entomological Science 11 Pages: 401-407
• [Journal Article] Frontal-pore formation during soldier differentiation induced by juvenile hormone III in the termite Reticulitermes speratus (Isoptera: Rhinotermitidae) (2008)
  • Author(s): Watanabe D and Maekawa K.
  • Journal Title: Sociobiology 52 Pages: 437-447
• [Journal Article] Correlation between social structure and nymphal wood-digestion ability in the xylophagous cockroaches Salganea esakii and Panesthia angustipennis (Blaberidae: Panesthiinae) (2008)
  • Author(s): Shimada K and Maekawa K.
  • Journal Title: Sociobiology 52 Pages: 417-427
• [Journal Article] Compound eye development during caste differentiation of the termite Reticulitermes speratus (Isoptera: Rhinotermitidae) (2008)
  • Author(s): Maekawa K, Mizuno S, Koshikawa S & Miura T.
  • Journal Title: Zoological Science 25 Pages: 699-705
  • NAID: 40016249914
• [Journal Article] The Cryptocercus punctulatus species complex (Dictyoptera: Cryptocercidae) in the eastern United States: comparison of cuticular hydrocarbons, chromosome number, and DNA sequences (2008)
  • Author(s): Everaerts C, Maekawa K, Farine JP, Shimada K, Luykx P, Brossut R & Nalepa CA.
  • Journal Title: Molecular Phylogenetics and Evolution 47 Pages: 950-959
• [Journal Article] Social biology of the wood-feeding cockroach genus Salganea (Dictyoptera: Blaberidae: Panesthiinae): did ovoviviparity prevent the evolution of eusociality in the lineage? (2008)
  • Author(s): Maekawa K, Matsumoto T & Nalepa CA.
  • Journal Title: Insectes Sociaux 55 Pages: 107-114
• [Journal Article] Effect on mandibular length of juvenile hormones and regulation of soldier differentiation in the termite Reticulitermes speratus (Isoptera: Rhinotermitidae) (2008)
  • Author(s): Tsuchiya M, Watanabe D & Maekawa K.
  • Journal Title: Applied Entomology and Zoology 43 Pages: 307-314
  • NAID: 110006684235
• [Journal Article] Soldier differentiation and larval juvenile hormone sensitivity in an incipient colony of the damp-wood termite Zootermopsis nevadensis (Isoptera, Termopsidae) (2008)
  • Author(s): Itano H & Maekawa K.
  • Journal Title: Sociobiology 51 Pages: 151-162
• [Journal Article] 食材性ゴキブリ類の家族性と若虫の発達 (2008)
  • Author(s): 前川清人, 嶋田敬介
  • Journal Title: 昆虫と自然 43 (13) Pages: 13-16
• [Journal Article] シロアリとゴキブリの系統関係に関する最近の知見 (2008)
  • Author(s): 前川清人
  • Journal Title: 昆虫と自然 43 (5) Pages: 5-9
• [Journal Article] Soldier differentiation and larval juvenile hormone sensitivity in an incipient colony of the damp-wood termite. Zootermopsis nevadensis (Isoptera, Termopsidae) (2008)
  • Author(s): Itano H & Maekawa K
  • Journal Title: Sociobiology 51 Pages: 151-162
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Effect on mandibular length of juvenile hormones and regulation of soldier differentiation in the termite Reticulitermes speratus (Isoptera : Rhinotermitidae) (2008)
  • Author(s): Tsuchiya M, Watanabe D & Maekawa K
  • Journal Title: Applied Entomology and Zoology 43 Pages: 307-314
  • NAID: 110006684235
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Social biology of the wood-feeding cockroach genus Salganea Dictyoptera : Blaberidae : Panesthiinae) : did ovoviviparity prevent the evolution of eusociality in the lineage? (2008)
  • Author(s): Maekawa K, Matsumoto T & Nalepa CA
  • Journal Title: Insectes Sociaux 55 Pages: 107-114
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] The Cryptocercus punctulatus species complex (Dictyoptera : Cryp tocercidae) in the eastern United States : comparison of cuticular hydrocarbons, chromosome number, and DNA sequences (2008)
  • Author(s): Everaerts C, Maekawa K, Fa rine JP, Shimada K, Luykx P, Brossut R & Nalepa CA.
  • Journal Title: Molecular Phylogenetics and Evolution 47 Pages: 950-959
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Compound eye development during caste differentiation of the termite Reticulitermes speratus (Isoptera : Rhinotermitidae) (2008)
  • Author(s): Maekawa K, Mizuno S, Koshikawa S & Miura T.
  • Journal Title: Zoological Science 25 Pages: 699-705
  • NAID: 40016249914
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Correlation between social structure and nymphal wood-digestion ability in the xylophagous cockroaches Salganea esakii and Panesthia angustipennis (Blaberidae : Panesthiinae) (2008)
  • Author(s): Shimada K & Maekawa K
  • Journal Title: Sociobiology 52 Pages: 417-427
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Frontal-pore formation during soldier differentiation induced by juvenile hormone III in the termite Reticulitermes speratus (Isoptera: Rhinotermitidae) (2008)
  • Author(s): Watanabe D & Maekawa K
  • Journal Title: Sociobiology 52 Pages: 437-447
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Geographic color variation of Phelotrupes auratus (Coleoptera, Geotrupidae) in the Kinki district, Central Japan : a quantitative spectrophotometric analysis (2008)
  • Author(s): Akamine M, Maekawa K & Kon M.
  • Journal Title: Entomological Science 11 Pages: 401-407
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Spectrophotometric analysis of dorsal coloration in Phelotrupes auratus (Coleoptera, Geotrupidae) : a comparison of beetles collected in 2001 and 2005 (2008)
  • Author(s): Akamine M, Maekawa K & Kon M.
  • Journal Title: Elytra, Tokyo 36 Pages: 309-310
  • NAID: 10025748792
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Altricial development in subsocial wood-feeding cockroaches (2008)
  • Author(s): Nalepa C, Maekawa K, Shimada K, Saito Y, Arellano C & Matsumoto T.
  • Journal Title: Zoological Science 25 Pages: 1190-1198
  • NAID: 40016434653
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] A quantitative spectrophotometric analysis of geographic color variation of Phelotrupes auratus(Coleoptera, Geotrupidae)throughout its distribution range (2008)
  • Author(s): Akamine M, Maekawa K & Kon M.
  • Journal Title: Japanese Journal of Systematic Entomology 14 Pages: 171-181
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Spectrophotometric analysis of dorsal coloration in Phelotrupes auratus (Coleoptera : Geotrupidae) : comparisons between populations, sexes and beetles with varying extents of wear (2008)
  • Author(s): Akamine M, Maekawa K & Kon M.
  • Journal Title: Entomological Review of Japan 63 Pages: 129-134
  • NAID: 10024825333
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 食材性ゴキブリ類の家族性と若虫の発達 (2008)
  • Author(s): 前川清人, 嶋田敬介
  • Journal Title: 昆虫と自然 43 Pages: 13-16
• [Journal Article] The Cryptcercus punctulatus species complex (Dictyoptera: Cryptocercidae) in the eastern United States: comparison of cuticular hydrocarbons, chromosome number, and DNA sequences. (2008)
  • Author(s): Everaerts, C., et. al.
  • Journal Title: Molecular Phylogenetics and Evolution 46(印刷中)
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Social biology of the wood-feeding cockroach genus Salganea (Dictyoptera: Blaberidae: Panesthiinae): did ovoviviparity prevent the evolution of eusociality in the lineage? (2008)
  • Author(s): Maekawa, K., et. al.
  • Journal Title: Insectes Sociaux 55(印刷中)
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Effect on mandibular length of juvenile hormones and regulation of soldier differentiation in the termite Reticulitermes speratus (Isoptera: Rhinotermitidae). (2008)
  • Author(s): Tsuchiya, M., et. al.
  • Journal Title: Applied Entomology and Zoology 43(印刷中)
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Soldier differentiation and larval juvenile hormone sensitivity in an incipient colony of the damp-wood termite Zootermopsis nevadensis (Isoptera, Termopsidae). (2008)
  • Author(s): Itano, H. & Maekawa, K.
  • Journal Title: Sociobiology 51 Pages: 151-162
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] シロアリとゴキブリの系統関係に関する最近の知見. (2008)
  • Author(s): 前川清人
  • Journal Title: 昆虫と自然 43 Pages: 5-9
• [Journal Article] Divergence times in the termite genus Macrotermes (Isoptera: Termitidae) (2007)
  • Author(s): Brandl R, Hyodo F, von Korff-Schmising M, Maekawa K, Miura T, Takematsu Y, Matsumoto T, Abe T, Bagine R & Kaib M.
  • Journal Title: Molecular Phylogenetics and Evolution 45 Pages: 239-250
• [Journal Article] Save Isoptera. A comment on Inward et al. (2007)
  • Author(s): Lo N, Engel MS, Cameron S, Nalepa CA, Tokuda G, Grimaldi D, Kitade O, Krishna K, Klass K-D, Maekawa K, Miura T & Thompson GJ.
  • Journal Title: Biology Letters 3 Pages: 562-563
• [Journal Article] Phylogeography of the Asian wood-feeding cockroach Salganea raggei Roth (Blaberidae: Blattaria) based on the mitochondrial COII gene (2007)
  • Author(s): Maekawa K, Kon M, Matsumoto T, Kitade O & Araya K.
  • Journal Title: Oriental Insects 41 Pages: 317-325
• [Journal Article] Divergence times in the termite genus Macrotermes (Isoptera: Termitidae). (2007)
  • Author(s): Brandl, R., et. al.
  • Journal Title: Molecular Phylogenetics and Evolution 45 Pages: 239-250
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Save Isoptera. A comment on Inward, et. al. (2007)
  • Author(s): Lo, N., et. al.
  • Journal Title: Biology Letters 3 Pages: 562-563
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Phylogeography of the Asian wood-feeding cockroach Salganea raggei Roth (Blaberidae: Blattaria) based on the mitochondrial CO II gene. (2007)
  • Author(s): Maekawa, K., et. al.
  • Journal Title: Oriental Insects 41 Pages: 317-325
  • Peer Reviewed
• [Presentation] タカサゴシロアリの前兵蟻分化に伴う防衛器官の形成とDistal-less遺伝子の発現パターン (2009)
  • Author(s): 栂浩平, 北條優, 三浦徹, 前川清人
  • Organizer: 第56回日本生態学会
  • Place of Presentation: 岩手大学
  • Year and Date: 2009-03-19
• [Presentation] ヤマトシロアリの前兵蟻分化に影響を与える生態的要因 (2009)
  • Author(s): 渡邊大, 前川清人
  • Organizer: 第56回日本生態学会
  • Place of Presentation: 岩手大学
  • Year and Date: 2009-03-19
• [Presentation] ヤマトシロアリのカースト分化と形態変化 (2009)
  • Author(s): 前川清人
  • Organizer: 第56回日本生態学会
  • Place of Presentation: 岩手大学
  • Year and Date: 2009-03-16
• [Presentation] シロアリのカースト分化に伴う形態の変化:アロメトリーの改変と新奇形態の形成 (2008)
  • Author(s): 前川清人
  • Organizer: 第27回日本動物行動学会
  • Place of Presentation: 金沢大学
  • Year and Date: 2008-09-24
• [Presentation] シロアリのカースト分化に伴う形態の変化 : アロメトリーの改変と新奇形態の形成 (2008)
  • Author(s): 前川清人
  • Organizer: 第27回日本動物行動学会
  • Place of Presentation: 金沢大学
  • Year and Date: 2008-09-24
• [Presentation] タカサゴシロアリにおける前兵蟻分化の誘導と額腺の突起構造(nasus)形成 (2008)
  • Author(s): 栂浩平, 北條優, 三浦徹, 前川清人
  • Organizer: 第68回日本昆虫学会
  • Place of Presentation: 香川大学
  • Year and Date: 2008-09-15
• [Presentation] ヤマトシロアリの前兵蟻分化に伴う額腺形成の観察 (2008)
  • Author(s): 渡邊大, 前川清人
  • Organizer: 第68回日本昆虫学会
  • Place of Presentation: 香川大学
  • Year and Date: 2008-09-15
• [Presentation] ネバダオオシロアリの繁殖カースト分化に伴うセルラーゼ遺伝子発現量の変化 (2008)
  • Author(s): 嶋田敬介, 前川清人
  • Organizer: 第79回日本動物学会
  • Place of Presentation: 福岡大学
  • Year and Date: 2008-09-06
• [Presentation] タカサゴシロアリにおける兵蟻頭部の突起原基の構造と形態形成遺伝子の発現 (2008)
  • Author(s): 栂浩平, 北條優, 三浦徹, 前川清人
  • Organizer: 平成20年度日本動物学会中部支部会
  • Place of Presentation: 富山大学
  • Year and Date: 2008-07-26
• [Presentation] ヤマトシロアリにおける成虫および兵蟻の額腺の発達と遺伝子発現解析 (2008)
  • Author(s): 山本知代, 北條優, ,前川清人
  • Organizer: 平成20年度日本動物学会中部支部会
  • Place of Presentation: 富山大学
  • Year and Date: 2008-07-26
• [Presentation] ヤマトシロアリにおける兵蟻特異的な器官形成の解析 (2008)
  • Author(s): 渡邊大, 前川清人
  • Organizer: 平成20年度日本動物学会中部支部会
  • Place of Presentation: 富山大学
  • Year and Date: 2008-07-26
• [Presentation] ヤマトシロアリの成虫器官の発達に対する幼若ホルモンの影響 (2008)
  • Author(s): 白崎一佳, 前川清人
  • Organizer: 平成20年度日本動物学会中部支部会
  • Place of Presentation: 富山大学
  • Year and Date: 2008-07-26
• [Presentation] ヤマトシロアリの有性・単為生殖が卵巣成熟とコロニー発達へ与える影響 (2008)
  • Author(s): 石谷恭子, 前川清人
  • Organizer: 平成20年度日本動物学会中部支部会
  • Place of Presentation: 富山大学
  • Year and Date: 2008-07-26
• [Presentation] キゴキブリ科(網翅目)における核型の進化に関する分子系統学的研究 (2008)
  • Author(s): 嶋田敬介, C. A. Nalepa, 前川清人
  • Organizer: 平成20年度日本動物学会中部支部会
  • Place of Presentation: 富山大学
  • Year and Date: 2008-07-26
• [Presentation] ヤマトシロアリの成虫器官の発達に対する幼若ホルモシの影響 (2008)
  • Author(s): 白崎一佳, 前川清人
  • Organizer: 平成20年度日本動物学会中部支部会
  • Place of Presentation: 富山大学
  • Year and Date: 2008-07-26
• [Presentation] ゴキブリ類における社会性の発達とセルラーゼ遺伝子発現量の変化 (2008)
  • Author(s): 嶋田敬介, 前川清人
  • Organizer: 第55回日本生態学会
  • Place of Presentation: 福岡国際会議場
  • Year and Date: 2008-03-15
• [Presentation] ヤマトシロアリの兵隊分化に伴う額腺形成と幼若ホルモン量との関係 (2008)
  • Author(s): 渡邊大, 土屋真利子, 前川清人
  • Organizer: 第55回日本生態学会
  • Place of Presentation: 福岡国際会議場
  • Year and Date: 2008-03-15
• [Presentation] Differences in gene expression level of endogenous cellulase in young xylophagous cockroaches and termites (2008)
  • Author(s): Shimada K & Maekawa K.
  • Organizer: 第23回国際昆虫学会
  • Place of Presentation: 南アフリカ・ダーバン
• [Presentation] ヤマトシロアリの成虫分化と器官発達に対する幼若ホルモンの影響 (2007)
  • Author(s): 白崎一佳, 前川清人
  • Organizer: 第67回日本昆虫学会
  • Place of Presentation: 神戸大学
  • Year and Date: 2007-09-17
• [Presentation] ヤマトシロアリの兵隊分化と兵隊特異的な器官形成に既存兵隊が与える影響 (2007)
  • Author(s): 渡邊大, 土屋真利子, 前川清人
  • Organizer: 第67回日本昆虫学会
  • Place of Presentation: 神戸大学
  • Year and Date: 2007-09-17
• [Presentation] シロアリおよびゴキブリ類の社会性と個体発生に伴うセルロース分解能の変化 (2007)
  • Author(s): 嶋田敬介, 前川清人
  • Organizer: 第67回日本昆虫学会
  • Place of Presentation: 神戸大学
  • Year and Date: 2007-09-17
• [Remarks]
  • URL: http://www.sci.u-toyama.ac.jp/bio/maekawa-lab/maekawa-index.html