昆虫類の中腸上皮の比較発生学的検討：中腸上皮形成の向上進化的変遷の再検証のために

• Project/Area Number: 20J00039
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Review Section: Basic Section 45030:Biodiversity and systematics-related
• Research Institution: Fukushima University
• Principal Investigator: 武藤 将道 福島大学, 共生システム理工学研究科, 特別研究員(PD)
• Project Period (FY): 2020-04-24 – 2023-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2022)
• Budget Amount: ¥4,810,000 (Direct Cost: ¥3,700,000、Indirect Cost: ¥1,110,000); Fiscal Year 2022: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000); Fiscal Year 2021: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000); Fiscal Year 2020: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000)
• Keywords: 中腸上皮 / 卵黄細胞 / 腸端細胞塊 / 透過型電子顕微鏡 / シミ / トンボ / カワゲラ / イシノミ / 昆虫類 / 系統進化 / 比較発生学 / 内羊膜

Outline of Research at the Start

昆虫類の中腸上皮における向上進化的変遷は、無翅昆虫類から有翅昆虫類に至る昆虫類の系統進化を考察する上で重要な比較発生学的論考である。しかし、この進化的解釈については、中腸上皮の由来・形成場の違いという観点から、慎重な再検証が求められる。本研究では、無翅昆虫類および有翅昆虫類の代表群を材料として、中腸上皮の由来・形成場の違いに注目した中腸上皮形成過程の高解像度な比較形態学的検討を行い、昆虫類の中腸上皮における系統進化学的議論に明確な論拠を与え、新たな系統進化シナリオの再構築を目指す。

Outline of Annual Research Achievements

本年度は、前年度までの検討で明らかとなった、シミ目マダラシミの中腸上皮形成において、腸端細胞塊が中腸上皮形成に関与せず、全中腸上皮が卵黄細胞のみに由来する、ということに関する論文作成に主に取り組んできた。本研究成果は節足動物の発生学・形態学に関する国際誌にて公表されたほか、プレスリリースも行った。
折衷型中腸上皮形成を行うトンボ目について、ナツアカネを材料として、中腸上皮形成過程の光学顕微鏡観察による組織学的検討および透過型電子顕微鏡（TEM）観察による微細構造学的検討を実施した。その結果、腸端細胞塊は前腸細胞とは染色性の差異により光顕レベルで識別可能であることが明らかとなったほか、腸端細胞塊の頂端部がクチクラで被覆されている可能性を示すTEM像を得た。後者に関しては、腸端細胞塊が最終的に中腸上皮に分化するまでの間に、何らかの方法でクチクラの被覆が消失することを示唆するものであり、昆虫類の中腸上皮形成の変遷を考察するうえで、きわめて重要であると考える。今後、さらに慎重な検討が必要である。
カワゲラ目に関して、ミナミカワゲラ亜目の比較発生学的検討のために不可欠なニュージーランド（NZ）への採集調査を実施し、NZに生息するミナミカワゲラ亜目全3科の採卵に成功した。現在、発生学的検討に不可欠な、各発生段階の固定卵の確保を進めている。また、カワゲラ目の胚期の着色に関する論文1編を発表した。
そのほか、採卵のために飼育していたイシノミ目のうち、日本および極東ロシアのみに生息するヤマトイシノミモドキ亜科において、無翅昆虫類においてきわめてまれな、交尾のような配偶行動を行うという観察結果を得た。これは研究計画を策定した時点で予想していなかった成果であり、現在論文執筆を進めている。

Research Progress Status

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Int'l Joint Research] ニュージーランド国立水圏大気研究所 (NIWA)(ニュージーランド)
• [Int'l Joint Research] ニュージーランド国立水圏大気研究所 (NIWA)(ニュージーランド)
• [Int'l Joint Research] ニュージーランド国立水圏大気研究所 (NIWA)(ニュージーランド)
• [Journal Article] Revisiting the formation of midgut epithelium in Zygentoma (Insecta) from a developmental study of the firebrat Thermobia domestica (Packard, 1873) (Lepismatidae) (2023)
  • Author(s): Shodo Mtow, Tadaaki Tsutsumi, Mika Masumoto, Ryuichiro Machida
  • Journal Title: Arthropod Structure & Development Volume: 73 Pages: 101237-101237
  • DOI: 10.1016/j.asd.2023.101237
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Preliminary report on distribution, infestation, and feeding plants of the alien longhorn beetle <i>Apriona swainsoni swainsoni</i> (Hope, 1840) (Coleoptera: Cerambycidae, Lamiinae) discovered from Fukushima Prefecture, Japan (2022)
  • Author(s): 武藤 将道、吉井 重幸、塘 忠顕
  • Journal Title: Japanese Journal of Entomology (New Series) Volume: 25 Issue: 1 Pages: 18-24
  • DOI: 10.20848/kontyu.25.1_18
  • ISSN: 1343-8794, 2432-0269
  • Year and Date: 2022-03-25
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Body pigmentation during embryogenesis first found in stoneflies: a case of Megaperlodes niger Yokoyama, Isobe & Yamamoto, 1990 (Insecta: Plecoptera, Perlodidae) (2022)
  • Author(s): Mtow Shodo、Tsutsumi Tadaaki
  • Journal Title: Fragmenta entomologica Volume: 54 Pages: 273-278
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Notes on the emergence of a stonefly, <i> Stenoperla prasina</i> (Newman, 1845) in New Zealand (Plecoptera: Eustheniidae) (2022)
  • Author(s): Mtow Shodo、Smith Brian J.
  • Journal Title: Entomologist's Monthly Magazine Volume: 158 Issue: 1 Pages: 67-71
  • DOI: 10.31184/m00138908.1581.4111
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] A new record of <i>Petrobiellus takunagae</i> Silvestri, 1943 (Archaeognatha, Machilidae, Petrobiellinae) from Sado Island, Niigata Prefecture, Japan (2021)
  • Author(s): Mtow, Shodo
  • Journal Title: Japanese Journal of Entomology (New Series) Volume: 24 Issue: 4 Pages: 108-110
  • DOI: 10.20848/kontyu.24.4_108
  • NAID: 120007177500
  • ISSN: 1343-8794, 2432-0269
  • Year and Date: 2021-12-25
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] First instar nymphs of two peltoperlid stoneflies (Insecta, Plecoptera, Peltoperlidae) (2021)
  • Author(s): Mtow Shodo、Tsutsumi Tadaaki
  • Journal Title: Deutsche Entomologische Zeitschrift Volume: 68 Issue: 1 Pages: 179-188
  • DOI: 10.3897/dez.68.65540
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Egg structure of five antarctoperlarian stoneflies (Insecta: Plecoptera, Antarctoperlaria) (2021)
  • Author(s): Mtow Shodo、Smith Brian J.、Machida Ryuichiro
  • Journal Title: Arthropod Structure & Development Volume: 60 Pages: 101011-101011
  • DOI: 10.1016/j.asd.2020.101011
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Presentation] ヤマトイシノミモドキ属の一種の配偶行動 （イシノミ目・イシノミ科・ヤマトイシノミモドキ亜科） (2022)
  • Author(s): 武藤 将道、塘 忠顕、町田 龍一郎
  • Organizer: 日本昆虫学会第 82 回大会
• [Presentation] マダラシミ Thermobia domestica (Packard, 1873) の中腸上皮形成 (昆虫綱・シミ目) (2022)
  • Author(s): 武藤 将道、塘 忠顕、町田 龍一郎
  • Organizer: 日本節足動物発生学会第 58 回大会
• [Presentation] 日本にいない水生昆虫・ミナミカワゲラ亜目を求めて：亜目の概略・採集調査・研究の紹介 (2022)
  • Author(s): 武藤 将道
  • Organizer: 水生昆虫談話会第478回例会 、オンライン
  • Invited
• [Presentation] フタホシコオロギ Gryllus bimaculatus De Geer, 1773 の中腸上皮形成（昆虫綱・直翅目） (2021)
  • Author(s): 武藤 将道, 塘 忠顕, 町田 龍一郎
  • Organizer: 日本節足動物発生学会第 57 回大会、つくば（農業・食品産業技術総合研究機構：オンライン）
• [Presentation] フタホシコオロギにおける内羊膜の発生学的理解に向けて（昆虫綱・直翅目） (2021)
  • Author(s): 武藤 将道, 塘 忠顕, 町田 龍一郎
  • Organizer: 日本動物学会令和 3 年度東北支部大会、福島（福島県立医科大学：オンライン）
• [Presentation] フタホシコオロギの中腸上皮形成に卵黄細胞は関与するのか？（昆虫綱・直翅目） (2021)
  • Author(s): 武藤 将道, 塘 忠顕, 町田 龍一郎
  • Organizer: 日本動物学会第 92 回大会、米子（鳥取大学：オンライン）
• [Presentation] ヒロムネカワゲラ科 2 種の一齢幼虫について（昆虫綱・カワゲラ目） (2021)
  • Author(s): 武藤 将道, 塘 忠顕
  • Organizer: 日本昆虫学会第 81 回大会、東京（法政大学、オンライン）
• [Presentation] ミナミカワゲラ亜目 5 種の卵構造（昆虫綱・カワゲラ目・ミナミカワゲラ亜目） (2020)
  • Author(s): 武藤将道, Smith Brian, 町田龍一郎
  • Organizer: 日本動物学会第 91 回大会（オンライン開催）
• [Presentation] やっと！出会えたミナミカワゲラ亜目（昆虫綱・カワゲラ目） (2020)
  • Author(s): 武藤将道, Smith Brian, 町田龍一郎
  • Organizer: 第 41 回菅平動物学セミナー（オンライン開催）
• [Remarks] シミ類の中腸は「卵黄細胞由来」 ～昆虫類の大繁栄につながる中腸形成様式の変更～
  • URL: https://www.fukushima-u.ac.jp/news/Files/2023/02/230217.pdf
• [Remarks] 「消化管」を素早く作る能力獲得 昆虫の繁栄に寄与か
  • URL: https://www3.nhk.or.jp/lnews/fukushima/20230222/6050021842.html
• [Remarks] 「ゴキブリ型幼虫形態」が作られる時期は種群により異なる ―カワゲラ類の進化体系に関する新知見―
  • URL: https://www.fukushima-u.ac.jp/press/Files/2021/06/150-02.pdf
• [Remarks] カワゲラ類の基本形は「薄い」卵殻構造である~従来の進化体系を覆す新たなシナリオ~
  • URL: https://www.tsukuba.ac.jp/journal/biology-environment/20201215140001.html