Dissecting molecular mechanism of diapause egg formation in dengue vector mosquito

Research Project

Project/Area Number	20K21532
Research Category	Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
Allocation Type	Multi-year Fund
Review Section	Medium-sized Section 49:Pathology, infection/immunology, and related fields
Research Institution	Jikei University School of Medicine
Principal Investigator	嘉糠洋陸東京慈恵会医科大学, 医学部, 教授 (50342770)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	高柳咲乃東京慈恵会医科大学, 医学部, 助教 (10794266)
Project Period (FY)	2020-07-30 – 2022-03-31
Project Status	Granted (Fiscal Year 2020)
Budget Amount *help	¥6,500,000 (Direct Cost: ¥5,000,000、Indirect Cost: ¥1,500,000) Fiscal Year 2021: ¥3,120,000 (Direct Cost: ¥2,400,000、Indirect Cost: ¥720,000) Fiscal Year 2020: ¥3,380,000 (Direct Cost: ¥2,600,000、Indirect Cost: ¥780,000)
Keywords	蚊 / 越冬 / ヤブカ / 温帯 / 熱帯 / デングウイルス / 感染症 / 病原体
Outline of Research at the Start	ヒトスジシマカの越冬卵形成能力は、日本など温暖な地域に生息する温帯系統だけが獲得した形質であり、一方で、東南アジアに生息している熱帯系統は越冬卵を作ることが出来ない。そこで本研究では、遺伝的背景が異なるこれら２系統を比較し、ヒトスジシマカの越冬戦略の背景にある遺伝的メカニズムの解明を目指す。同時に、奄美・トカラ列島におけるヒトスジシマカ個体群の越冬卵形成能を調査し、研究室で得られた成果が自然界で実際に起こった進化プロセスに適合するか検証する。これらの成果により、越冬卵形成に関与する分子を標的にした越冬阻害剤の開発など、ヒトスジシマカの越冬阻止による駆除・分布拡大防止に資する知見を蓄積する。
Outline of Annual Research Achievements	ヒトスジシマカ（Aedes albopictus）は、デング熱等の感染症を媒介するヤブカの一種である。ヒトスジシマカは、卵の状態で越冬する。越冬卵形成は、晩秋の低温・短日を環境シグナルとして誘導される。越冬卵の内部では一齢幼虫まで発生が進行するが、そこで一旦発育を停止し、初夏になって初めて孵化する。越冬卵形成能力は、温帯地域に棲むヒトスジシマカだけが有する形質であり、東南アジアでは同種であっても有していない。日本で採集されたヒトスジシマカ系統(温帯由来)とマレーシアのヒトスジシマカ系統(熱帯由来)の越冬卵形成能を比較した。越冬条件下（気温21℃・明期8時間）で飼育後に産卵させ、その孵化率を調べた結果、マレーシア系統の卵は82%が孵化したが、日本系統の卵では1%未満であり、ほぼ全てが越冬卵として形成されたことが確認された。このことから、前者は熱帯系統、後者は温帯系統であることが示された。熱帯系統と温帯系統を用いて、RNA-seqにより網羅的に遺伝子発現変化を比較した。胚発生完了後に、温帯系統の越冬卵と比べて熱帯系統の非越冬卵において著しく発現量が上昇していた遺伝子を同定することに成功した。その一部は昆虫ホルモンを含んでおり、孵化行動を制御している可能性が示唆された。CRISPR/Cas9システムにより、ヒトスジシマカの温帯・熱帯両系統を用いて、越冬に関与する可能性のある遺伝子のノックアウト系統を作製した。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason 蚊やマダニなどの病原体媒介節足動物において、越冬は子孫を残し集団を維持するための必要不可欠なプロセスである。当該年度の研究により、ヒトスジシマカの越冬メカニズムを解明するための基盤が確立された。特に、越冬卵形成時に機能する候補遺伝子群の存在が明らかになった。それらの遺伝子を欠損するヒトスジシマカ系統の作出がなされており、概ね順調に進展していると考えられる。
Strategy for Future Research Activity	ヒトスジシマカ越冬卵の特徴は、（１）親個体が日長・気温をシグナルとして認識することによって越冬卵を形成し、（２）越冬卵内の幼虫は孵化せずに冬の低温・乾燥・飢餓に耐え、（３）次の初夏になると気温・日長の変化などによって孵化が促進されるという３つに分けられる。これらに対応して、越冬卵形成の誘導メカニズム、越冬卵の強固な環境ストレス耐性、越冬卵の孵化行動の誘導、越冬卵形成能力の進化プロセスの各々について、研究計画通りに推進する。