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Analysis of the microenvironment in the spermatheca for long-term sperm storage in ant queens

Research Project

Project/Area Number 20K06080
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

Allocation TypeMulti-year Fund
Section一般
Review Section Basic Section 39050:Insect science-related
Research InstitutionKonan University

Principal Investigator

Gotoh Ayako  甲南大学, 理工学部, 准教授 (70734680)

Project Period (FY) 2020-04-01 – 2023-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2022)
Budget Amount *help
¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
Fiscal Year 2020: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Keywords精子貯蔵 / 受精嚢 / 女王アリ / アリ / 繁殖戦略 / 社会性昆虫
Outline of Research at the Start

社会性ハチ目昆虫(アリ、ハチ)では、女王は羽化後まもない時期にしか交尾しないため、この時に受け取った精子を体内の「受精嚢」の中に寿命が続く限り貯蔵する。アリ科の多くの種の女王の寿命は10年以上と昆虫としては例外的に長寿のため、精子貯蔵期間も10年以上と極端に長いと言えるが、そのメカニズムは長い間不明であった。本研究では、精子が貯蔵される微小空間である受精嚢リザーバー内の化学的な性質を調べた後、それらのどの因子が精子の生存に寄与するか、また、寄与するのであれば具体的に精子の生理状態にどのように影響しているかを明らかにすることで、アリ科女王の長期間の精子貯蔵メカニズムの解明を目指す。

Outline of Final Research Achievements

Females of social Hymenoptera mate only at the beginning of their adult lives and produce offspring until their death without additional mating. In most ant species, queens live for over a decade, indicating that ant queens can store large numbers of spermatozoa throughout their long lives. To reveal the long-term sperm storage mechanism, I focused on the microenvironment in the spermathecal reservoir. Here, I showed that the spermathecal environment is nearly anoxic, which induces sperm immobilization. Furthermore, artificial anoxic conditions rather than aerobic conditions sustain viable sperm cells. Therefore, near-anoxia is a key factor influencing long-term sperm storage in ant queens.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

女王アリが受精嚢内で、非自己であるオスの精子を常温のままで10年以上生存させる現象は、細胞生物学の常識を覆すものである。また、アリ科女王の精子貯蔵能力は極めて特殊であり、高度な社会性をもつアリの繁殖戦略を考える上でも興味深い。
現在、畜産や不妊治療の現場では、家畜やヒトの精子は液体窒素により凍結されて保存されている。女王アリは、液体窒素を使わなくとも常温で長期間精子を貯蔵できるため、女王アリの特殊な精子貯蔵メカニズムが完全に解明されれば、将来、家畜やヒトの精子も低エネルギーかつ高品質で保存できるようになるかもしれない。

Report

(4 results)
  • 2022 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2021 Research-status Report
  • 2020 Research-status Report
  • Research Products

    (21 results)

All 2023 2022 2021 2020 Other

All Journal Article (4 results) (of which Peer Reviewed: 3 results,  Open Access: 3 results) Presentation (14 results) (of which Invited: 5 results) Book (1 results) Remarks (2 results)

  • [Journal Article] Near-anoxia induces immobilization and sustains viability of sperm stored in ant queens2023

    • Author(s)
      Gotoh Ayako、Takeshima Mika、Mizutani Ken-ichi
    • Journal Title

      Scientific Reports

      Volume: 13 Issue: 1 Pages: 1-11

    • DOI

      10.1038/s41598-023-29705-7

    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Proteomic analysis of spermathecal fluid reveals factors related to long-term sperm storage in ant queens2022

    • Author(s)
      Gotoh Ayako
    • Journal Title

      bioRxiv

      Volume: 2022.11.02. Pages: 1-22

    • DOI

      10.1101/2022.11.02.513948

    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Open Access
  • [Journal Article] Morphology of immatures of the thelytokous ant, Monomorium triviale Wheeler (Formicidae: Myrmicinae: Solenopsidini) with descriptions of the extraordinary last-instar queen larvae2022

    • Author(s)
      IDOGAWA NAOTO、GOTOH AYAKO、DOBATA SHIGETO
    • Journal Title

      Zootaxa

      Volume: 5105 Issue: 2 Pages: 253-268

    • DOI

      10.11646/zootaxa.5105.2.5

    • Related Report
      2021 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Caste differentiation of spermatheca and organs related to sperm use and oviposition in the honeybee, Apis mellifera2021

    • Author(s)
      Gotoh, A., Sasaki, K.
    • Journal Title

      Apidologie

      Volume: 52 Issue: 1 Pages: 262-271

    • DOI

      10.1007/s13592-020-00815-9

    • Related Report
      2020 Research-status Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] アリ科女王における 長期間の精子貯蔵に寄与する因子の探索2023

    • Author(s)
      後藤 彩子, 竹島 実加, 水谷 健一
    • Organizer
      第67回日本応用動物昆虫学会大会
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      竹島実加, 後藤彩子
    • Organizer
      第67回日本応用動物昆虫学会大会
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      井戸川直人, 後藤彩子, 土畑重人
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      第67回日本応用動物昆虫学会大会
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      後藤 彩子, 島本 侑奈, 桂 衣里奈, 伊藤 文紀, 奈良崎 泉, 藤岡 桃加
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      第67回日本応用動物昆虫学会大会
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      竹島実加, 後藤彩子
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  • [Presentation] アリ科の繭後端の有無によるワーカーの衛生行動の違い2023

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      島本侑奈, 桂衣里奈, 奈良崎泉, 藤岡桃加, 後藤彩子
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      日本生態学会第70回全国大会
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  • [Presentation] キイロシリアゲアリにおける女王アリの人工誘導法の確立2023

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      西村七恵, 柴谷亘, 後藤彩子
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      日本生態学会第70回全国大会
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  • [Presentation] 女王アリの長期間にわたる精子貯蔵メカニズムの解明に向けて2023

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      後藤彩子
    • Organizer
      有性生殖研究会「生殖の多様性」
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  • [Presentation] 女王アリの長期間にわたる精子貯蔵メカニズムの解明に向けて2022

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      後藤彩子
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      低酸素研究会2022
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  • [Presentation] アリ科の繭に対する衛生行動2022

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      島本侑奈, 桂衣里奈, 奈良崎泉, 藤岡桃加, 後藤彩子
    • Organizer
      日本生態学会第69回全国大会
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  • [Presentation] アリ科女王の長期間にわたる精子貯蔵メカニズム2021

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      後藤彩子
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  • [Presentation] 女王アリの長期間にわたる精子貯蔵メカニズムの解明に向けて2021

    • Author(s)
      後藤彩子
    • Organizer
      生理学研究所研究会 極限環境適応
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  • [Presentation] ハチ目昆虫における受精嚢内精子運動2020

    • Author(s)
      鎌田智也, 後藤彩子
    • Organizer
      第7回生殖若手の会
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  • [Presentation] 単独性および社会性狩蜂における受精嚢形態の比較2020

    • Author(s)
      鎌田智也, 後藤彩子
    • Organizer
      第91回日本動物学会
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      2020 Research-status Report
  • [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
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  • [Remarks] 研究室ホームページ:女王アリの精子貯蔵メカニズム

    • URL

      https://www.konan-u.ac.jp/hp/aya-got/sperm_storage.html

    • Related Report
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  • [Remarks] プレスリリース:女王アリ精子貯蔵器官内のほぼ無酸素環境が、精子の静止と生死に関わる

    • URL

      https://www.konan-u.ac.jp/news/wp/wp-content/uploads/2023/03/public-relations-department-limited/20230301pressrelease.pdf

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Published: 2020-04-28   Modified: 2024-01-30  

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