昆虫が体重依存的に内分泌系の活性を変化させ、蛹変態を誘導する機構を明らかにする
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22K05675
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 39050:Insect science-related
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| Research Institution | Kyoto Institute of Technology |
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Principal Investigator |
高木 圭子 京都工芸繊維大学, 応用生物学系, 准教授 (30401938)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2024: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
Fiscal Year 2022: ¥2,210,000 (Direct Cost: ¥1,700,000、Indirect Cost: ¥510,000)
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| Keywords | 昆虫生理学 / 内分泌 / 変態 / Critical Weight |
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| Outline of Research at the Start |
動物は種ごとにおおよその成体のサイズが決まっている。もしも体サイズに大きな差があれば、生殖や集団で生活する上で不利であり、体サイズの維持は種の維持に関わるといえる。成体のサイズを制御する機構はよくわかっていないが、例外的に昆虫では研究が進んでいる。幼虫が特定の体重に達すると、内分泌系の活性が変化し、蛹変態が誘導され、最終的に成虫のサイズが決定される。体重が内分泌系の活性を変化させる分子機構は十分に明らかになっていない。本研究は、体重が内分泌系を制御する機構に関わる具体的な分子を見出し、体のサイズの決定機構の全容を明らかにすることを目的とする。
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| Outline of Annual Research Achievements |
動物の成体には種特異的なサイズが存在する。自身のサイズを認識して成長を制御する機構の存在が予想されているが、サイズの増加の停止を把握するのは難しくその詳細はほとんどわかっていない。完全変態昆虫では幼虫の間にサイズが大きくなり、蛹になるとそれ以上大きくならないことから、成長する期間を明確に判別できるため、例外的に、種特異的なサイズを規定する機構の存在が実験によって確認されている。幼虫はCritical Weight (CW) とよばれる体重に到達すると蛹変態できるようになる。本研究では、最終的な体サイズを規定するCWを中心とした機構の解明を目的とした。
まずはCWを2.0mgと特定し、蛹変態を制御する内分泌系に関わる遺伝子群の発現量がCW前後に変化することをqPCRで確認した。次に、CWの情報を、内分泌系に伝える分子を探索するため、CWを境に発現量が変動している遺伝子をRNA-seq.によって得た。そのうち、変動が大きかった34遺伝子の発現量の詳細をqPCRで解析し、CWを境に発現量が変動する遺伝子を絞り込んだ。これらの遺伝子の中には、ホルモンで制御されて変態に関与するものが含まれると考えられる。そこで幼若ホルモン（JH）を投与した幼虫における遺伝子発現量をqPCRで解析した。CW到達後に発現量が上昇した遺伝子TC011180, TC031629, TC032196の発現量がJH投与によって低下した。蛹変態を誘導することが知られているE93も同様にJHで抑制されたことから、JHで抑制された3遺伝子も蛹変態の制御に関与している可能性がある。
絞り込んだ遺伝子のうち4遺伝子を選び、RNAiによってノックダウンし、蛹変態の時期や割合に影響があるか解析した。まず、E93で解析したところ、蛹変態が阻害された。一方で、4つの候補遺伝子のうち、蛹変態に影響を与えたものは得られなかった。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
候補遺伝子の絞り込みは予定より早く完了し、予定外の解析も追加することができ、計画は順調に進行している。一方で、RNAiによる候補遺伝子の機能解析は準備が整ったものの、目的の遺伝子を得るまでには至っていない。
候補遺伝子探索のためRNA-seq.の解析を再度行い、得られた遺伝子の発現量の詳細をqPCRによって得た。変態の制御の内分泌的な中心は幼若ホルモンJHである。そこで、予定はしていなかったが、JHの投与によって影響される遺伝子をいくつか確認した。その他、内分泌系に関連する遺伝子群のCW前後での発現変動の解析など、qPCRを中心とした解析はおおむね終了した。
候補遺伝子が実際に蛹変態を制御するか、RNAiによるノックダウンが蛹変態に与える影響を解析したが、当初予定していた方法には問題が生じたため、別の方法に切り替えた。
まず候補遺伝子のRNAiによってCWが変化するか解析を試みた。CWは、50％の幼虫が絶食下でも蛹変態できるようになる体重のことであり、通常は2.0㎎であると確認してある。目的遺伝子の部分配列を持つ二本鎖RNA（dsRNA）を注射しRNAiを誘導した後、2.0ｍｇから餌を除いたところ、多くの幼虫が死亡し、解析に十分な個体が得られなかった。コントロール配列のdsRNAの注射であっても多くが死亡したことから、注射のストレスに個体が耐えられなかったと考えられる。注射と絶食のタイミングを変えるなどの工夫をしたが、問題の解決には至らなかった。
そこで、解析方法を変更し、餌を十分に与えた状態のRNAiによって蛹変態の割合が変化するか調べることにした。蛹変態に影響すると既に分かっている遺伝子E93のRNAiによって蛹変態が抑制されたことから、注射のタイミングなど、この実験系に問題は無いと考えている。しかしながら現在のところ、候補遺伝子の中で影響があった遺伝子は得られていない。
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| Strategy for Future Research Activity |
候補遺伝子の絞り込みはおおむね終わり、今後はRNAiによって蛹変態の割合が変化するかの解析が中心となる。予想外の問題も起こったものの、まずは3遺伝子の解析を終わらせ、これらは蛹変態に影響しないことを確認した。候補遺伝子はまだ多く残っていることから、今年度はそれらの解析を遂行する。
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Report
(1 results)
Research Products
(1 results)
