Application of forward genetics in the endosymbiotic bacterium Wolbachia and identification of its male-killing gene.

• Project/Area Number: 21J12325
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Review Section: Basic Section 39050:Insect science-related
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 福井 崇弘 東京大学, 農学生命科学研究科, 特別研究員(DC2)
• Project Period (FY): 2021-04-28 – 2023-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2022)
• Budget Amount: ¥2,100,000 (Direct Cost: ¥2,100,000); Fiscal Year 2022: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000); Fiscal Year 2021: ¥1,100,000 (Direct Cost: ¥1,100,000)
• Keywords: オス殺し / ボルバキア / アワノメイガ / 性決定 / Wolbachia / マイクロインジェクション / 培養細胞

Outline of Research at the Start

チョウ目昆虫であるアワノメイガにおいては、細胞内共生細菌であるWolbachiaの感染によってオスが全て致死する「オス殺し」現象が知られている。オス殺しが起こるのは、Wolbachiaの感染によって、宿主オスの胚発生に必須の遺伝子量補償システムが破綻するためである。本研究では、まずオス殺しが減弱したWolbachia変異体を取得し、その変異部位からオス殺し因子を絞り込むことで、順遺伝学的にオス殺し因子を同定することを試みる。Wolbachia変異体の取得は野外採集と人為的作出により行い、オス殺し能力の評価は培養細胞を用いて実施する予定である。

Outline of Annual Research Achievements

2022年度は以下の成果を得た。本研究計画当初の目的であったオス殺し因子の同定は、申請者の計画の範囲外で達成された。そのため、このオス殺し因子の機能をin vivoレベルで証明することに注力し、成功した。
●所属研究室において、本研究とは独立に遂行された研究により、Wolbachiaのオス殺し因子Oscarが同定された。
●オス殺しWolbachiaに感染したアワノメイガを野外から採集したところ、全ての個体においてOscar遺伝子が検出された。
●2021年度に樹立したインジェクション系を用い、Wolbachia非感染のアワノメイガ胚子においてOscarを強制発現させたところ、孵化時点で性比がメスに偏り、成虫時点でメスのみが生じた。また、発生中の胚子では、doublesexのオス化および遺伝子量補償の破綻が観察された。これらはWolbachiaによるオス殺しと同様のフェノタイプであることから、Oscarがオス殺しを引き起こすのに十分な因子であることが証明された。
●オス殺し因子を証明する過程で、卵塊として産まれるアワノメイガ卵をアルカリ処理によって一つ一つの卵に分割し、効率的にサンプリングする手法を新たに確立した。また、これまで一つの卵からは微量のRNAしか得られなかったため雌雄別の胚子を解析することは難しかったが、分割した卵を分子生物学的手法により雌雄鑑別し、雌雄ごとに複数卵をプールすることにより、RNA-seq解析など雌雄別の解析が行えるようになった。この手法は、将来的にアワノメイガにおける性決定因子の同定に繋がる可能性がある。

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

• [Journal Article] Masculinizer is not post-transcriptionally regulated by female-specific piRNAs during sex determination in the Asian corn borer, Ostrinia furnacalis (2023)
  • Author(s): Fukui Takahiro、Shoji Keisuke、Kiuchi Takashi、Suzuki Yutaka、Katsuma Susumu
  • Journal Title: Insect Biochemistry and Molecular Biology Volume: 156 Pages: 103946-103946
  • DOI: 10.1016/j.ibmb.2023.103946
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] A Wolbachia factor for male killing in lepidopteran insects (2022)
  • Author(s): Katsuma S, Hirota K, Matsuda-Imai N, Fukui T, Muro T, Nishino K, Kosako H, Shoji K, Takanashi H, Fujii T, Arimura S, Kiuchi T
  • Journal Title: Nature Communications Volume: 13 Issue: 1 Pages: 6764-6764
  • DOI: 10.1038/s41467-022-34488-y
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] オス殺しWolbachiaによる「性決定ハイジャック」の分子的証拠の提出 (2023)
  • Author(s): 福井崇弘、室智大、松田（今井）典子、西野耕平、小迫英尊、木内隆史、勝間進
  • Organizer: 日本蚕糸学会第93回大会（令和5年度蚕糸・昆虫機能利用学術講演会）
• [Presentation] The piRNA-dependent sex-determination system of the silkworm Bombyx mori is not conserved in the Asian corn borer Ostrinia furnacalis (2023)
  • Author(s): Takahiro Fukui、Keisuke Shoji、Takashi Kiuchi、Yutaka Suzuki、Susumu Katsuma
  • Organizer: 第67回日本応用動物昆虫学会大会
• [Presentation] ボルバキアがアワノメイガにおいて引き起こすオス殺し現象の原因因子の同定 (2023)
  • Author(s): 廣田加奈子、松田(今井)典子、福井崇弘、室智大、西野耕平、小迫英尊、庄司佳祐、高梨秀樹、藤井毅、有村慎一、木内隆史、勝間進
  • Organizer: 第67回日本応用動物昆虫学会大会
• [Presentation] アワノメイガにおける初期胚インジェクション実験系の確立 (2022)
  • Author(s): 福井崇弘、木内隆史、勝間進
  • Organizer: 日本蚕糸学会第92回大会（令和4年度蚕糸・昆虫機能利用学術講演会）
• [Presentation] アワノメイガにおける初期胚インジェクション実験系の確立 (2022)
  • Author(s): 福井崇弘・木内隆史・勝間進
  • Organizer: 日本蚕糸学会第92回大会（令和4年度蚕糸・昆虫機能利用学術講演会）
• [Presentation] オス殺しWolbachia感染アワノメイガから生じたオスに関する報告 (2021)
  • Author(s): 福井崇弘・室智大・廣田加奈子・富原健太・藤井毅・勝間進
  • Organizer: 第78回昆虫病理研究会