ベイツ型擬態をモデルにしたスーパージーンによる多様性の創出と維持機構の解明

• Project/Area Number: 19J00715
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Review Section: Basic Section 45020:Evolutionary biology-related
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 古俣 慎也 東京大学, 新領域創成科学研究科, 特別研究員(PD)
• Project Period (FY): 2019-04-25 – 2022-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2021)
• Budget Amount: ¥5,200,000 (Direct Cost: ¥4,000,000、Indirect Cost: ¥1,200,000); Fiscal Year 2021: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000); Fiscal Year 2020: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000); Fiscal Year 2019: ¥1,820,000 (Direct Cost: ¥1,400,000、Indirect Cost: ¥420,000)
• Keywords: ベイツ型擬態 / ナガサキアゲハ / シロオビアゲハ / スーパージーン / 機能解析 / 交配選好性 / 擬態のコスト

Outline of Research at the Start

ナガサキアゲハやシロオビアゲハはメスにのみ擬態型と非擬態型の二型があり、オスは単型で非擬態型である。二種の多型は、同一のゲノム領域で制御されていると考えられる。この領域は複数の遺伝子が密に連鎖したスーパージーンになっている。しかし、二種の原因領域は染色体逆位の有無や配列について違いがあり、擬態多型が近縁種間で複数回独立に進化したことが示唆されている。本研究はナガサキアゲハとその近縁種を用い、擬態関連遺伝子の系統樹作成、分岐年代推定、遺伝子機能解析を行う。また集団遺伝解析や野外実験によって多型維持機構を検討する。以上により、スーパージーンによる多様性の創出と維持機構の総合的理解を目指す。

Outline of Annual Research Achievements

ナガサキアゲハやシロオビアゲハはメスにのみ擬態型と非擬態型の二型があり、オスは単型で非擬態型である。2種の多型は、同一のゲノム領域で複数の遺伝子によるスーパージーンによって制御されていると考えられる。(1)スーパージーンの起源、進化メカニズムを明らかにするために、既存のゲノムリシーケンスデータを用いてナガサキアゲハ、シロオビアゲハ、アカネアゲハの擬態原因領域のゲノム構造を比較した。これまでの成果や先行研究とあわせてレビュー論文を作成した。シロオビアゲハでは擬態原因領域に逆位があるが、ナガサキアゲハやアカネアゲハには逆位はないことがわかっている。しかし、連鎖不平衡となる領域について、左側の境界は逆位の有無にかかわらず3種でほぼ一致することがわかった。(2)ナガサキアゲハの擬態原因領域にあるdsxについて、発現解析やRNAiによる機能解析を行った成果を論文としてまとめた。擬態型dsx-Aは後翅や腹部での擬態形質、非擬態型dsx-aは非擬態メスの後翅の形成に関わることを示唆する結果を得た。擬態原因領域にある他の遺伝子については後翅での発現は確認したが、擬態紋様性への関与は確認されていない。(3)ナガサキアゲハの多型の維持・消失メカニズムを明らかにするために奄美、沖縄、本州、台湾などの個体群のサンプルのゲノムリシーケンスデータを取得して解析を行った。また、ナガサキアゲハの沖縄や奄美での擬態型の頻度や擬態メスと非擬態メスに対するオスの選好性などを調べた。

Research Progress Status

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Genomic architecture and functional unit of mimicry supergene in female limited Batesian mimic Papilio butterflies. (2022)
  • Author(s): Komata S, Kajitani R, Itoh T, Fujiwara H.
  • Journal Title: Philosophical Transactions of the Royal Society B Volume: - Issue: 1856 Pages: 20210198-20210198
  • DOI: 10.1098/rstb.2021.0198
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Functional involvement of multiple genes as members of the supergene unit in the female-limited Batesian mimicry of Papilio polytes. (2022)
  • Author(s): Komata S, Yoda S, KonDo Y, Shinozaki S, Tamai K, Fujiwara H.
  • Journal Title: bioRxiv Volume: 2022.02.21.480812
  • DOI: 10.1101/2022.02.21.480812
• [Journal Article] Genetic switch in UV response of mimicry-related pale-yellow colors in Batesian mimic butterfly, Papilio polytes (2021)
  • Author(s): Yoda, S. Sakakura, K., Kitamura, T., KonDo, Y., Sato, K., Ohnuki, R., Someya, T., Komata, S., Kojima, T., Yoshioka, S. and Fujiwara, H.
  • Journal Title: Science Advances Volume: 7 Issue: 2
  • DOI: 10.1126/sciadv.abd6475
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Batesian mimicry has evolved with deleterious effects of the pleiotropic gene doublesex (2020)
  • Author(s): Komata S, Kitamura T, Fujiwara H.
  • Journal Title: Scientific Reports Volume: 10 Issue: 1 Pages: 21333-21333
  • DOI: 10.1038/s41598-020-78055-1
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] Ecological and molecular mechanisms for evolving imperfect Batesian mimicry in Papilio memnon (2019)
  • Author(s): 古俣慎也，林仲平，曽田貞滋，藤原晴彦
  • Organizer: 日本進化学会