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Molecular evolution of odorant receptors in herbivorous Drosophilidae

Research Project

Project/Area Number 22K20565
Research Category

Grant-in-Aid for Research Activity Start-up

Allocation TypeMulti-year Fund
Review Section 0601:Agricultural chemistry and related fields
Research InstitutionThe University of Tokyo

Principal Investigator

松永 光幸  東京大学, 大学院新領域創成科学研究科, 助教 (80966424)

Project Period (FY) 2022-08-31 – 2025-03-31
Project Status Granted (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help
¥2,860,000 (Direct Cost: ¥2,200,000、Indirect Cost: ¥660,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Keywords嗅覚 / ショウジョウバエ / 感覚子 / 電気生理
Outline of Research at the Start

地球上に現存する命名された種の1/4は植食性の昆虫であり、植食性への適応は種の多様性を加速させる。したがって進化生物学における中心的な問いの一つは、昆虫が他の食性から植食性に適応する際のゲノムの変異を解明することである。本研究では、初めてショウジョウバエが植食性へと適応した際の嗅覚受容体の機能進化を明らかにするために、アブラナ科のスペシャリストだけでなく、ナデシコ科のスペシャリストのショウジョウバエをモデルに加え、遺伝子解析、電気生理学的手法を用いた機能解析、行動アッセイを行う。

Outline of Annual Research Achievements

動物の種の多様性は運動の多様性によって加速してきた。特に、正確な感覚入力が運動出力の質を左右するため、嗅覚は生存に不可欠な感覚の一つである。これは、危険の警告、食料の発見、配偶者の探索に役立つためである。特に植食性昆虫は、宿主植物の特定の匂いを識別する能力が求められ、このため嗅覚受容体の進化速度は速い。
本研究では、キイロショウジョウバエ、コフキヒメショウジョウバエ、及びキイロヒメショウジョウバエ(以下、ヒメと称する)をモデル生物として選定した。これまでの申請者自身の電気生理学的手法による研究で、嗅覚受容体Odorant receptor 42a (Or42a)がヒメの主要宿主であるアブラナ科植物から放出されるマスタードオイルに強く反応することを明らかにしていた。
これまでに、ヒメのトランスクリプトーム解析を通じて、Or42aが嗅覚器官で高い発現を示していることを確認した。さらに、AlphaFoldを使用してOr42aの三次元構造を予測し、機能進化に関与する可能性のあるアミノ酸を同定した。これらのアミノ酸をキメラOr42aに置換して機能解析を行った結果、わずか2つのアミノ酸の置換が大きな機能変化をもたらしたことを発見した。
この研究成果をシカゴで開催されたGSA学会と沖縄で開催された進化学会で発表した。また、スタンフォード大学のKim博士との共同研究により、成果の一部をbioRxivに投稿し、共著者としての貢献も果たした。
以上の結果を現在は論文にまとめており、数か月後に投稿予定である。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

実験計画はすべて終わらせたため。

Strategy for Future Research Activity

論文を執筆し、提出する。

Report

(2 results)
  • 2023 Research-status Report
  • 2022 Research-status Report
  • Research Products

    (10 results)

All 2023 2022 Other

All Int'l Joint Research (2 results) Journal Article (2 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results,  Open Access: 2 results) Presentation (3 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results) Remarks (3 results)

  • [Int'l Joint Research] UC Berkeley/Stanford/UC Davis(米国)

    • Related Report
      2023 Research-status Report
  • [Int'l Joint Research] University of California Berkeley/University of California Davis/Brandeis University(米国)

    • Related Report
      2022 Research-status Report
  • [Journal Article] Single-fly assemblies fill major phylogenomic gaps across the Drosophilidae Tree of Life2023

    • Author(s)
      Kim B.,,, Matsunaga T.,,, and Petrov D.A.
    • Journal Title

      bioRxiv

      Volume: -

    • DOI

      10.1101/2023.10.02.560517

    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Evolution of chemosensory and detoxification gene families across herbivorous Drosophilidae2023

    • Author(s)
      Pelaez J.N,, Gloss A.D., Goldman-Huertas B., Kim B., Lapoint R.T., Pimentel-Solorio G., Verster K.I., Aguilar J.M., Dittrich A.C.M., Singhal M., Suzuki H.C., Matsunaga T., et al.
    • Journal Title

      bioRxiv

      Volume: -

    • DOI

      10.1101/2023.03.16.532987

    • Related Report
      2022 Research-status Report
    • Open Access / Int'l Joint Research
  • [Presentation] Olfactory avoidance of toxic volatile electrophiles is mediated by a broadly tuned olfactory receptor in Drosophila2023

    • Author(s)
      Matsunaga T.
    • Organizer
      GSA meeting
    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Olfactory avoidance of toxic volatile electrophiles is mediated by a broadly tuned olfactory receptor in Drosophila2023

    • Author(s)
      Matsunaga T.
    • Organizer
      進化学会
    • Related Report
      2023 Research-status Report
  • [Presentation] Olfactory avoidance of toxic volatile electrophiles is mediated by a broadly tuned olfactory receptor in Drosophila2022

    • Author(s)
      Matsunaga T.
    • Organizer
      American Physiological Society
    • Related Report
      2022 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Remarks] 教授

    • URL

      http://www.noahwhiteman.org/

    • Related Report
      2022 Research-status Report
  • [Remarks] 准教授

    • URL

      https://biology.ucdavis.edu/people/santiago-ramirez

    • Related Report
      2022 Research-status Report
  • [Remarks] 博士研究員

    • URL

      https://orcid.org/0000-0001-6110-1794

    • Related Report
      2022 Research-status Report

URL: 

Published: 2022-09-01   Modified: 2024-12-25  

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