| Project/Area Number |
23K05255
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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 | The Graduate University for Advanced Studies |
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Principal Investigator |
渡邊 崇之 総合研究大学院大学, 統合進化科学研究センター, 助教 (70547851)
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| Project Period (FY) |
2023-04-01 – 2026-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000)
Fiscal Year 2025: ¥650,000 (Direct Cost: ¥500,000、Indirect Cost: ¥150,000)
Fiscal Year 2024: ¥520,000 (Direct Cost: ¥400,000、Indirect Cost: ¥120,000)
Fiscal Year 2023: ¥3,510,000 (Direct Cost: ¥2,700,000、Indirect Cost: ¥810,000)
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| Keywords | 性的二型 / コオロギ / 性行動 / doubesex 遺伝子 / オス型神経回路 / 求愛歌 |
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| Outline of Research at the Start |
オスの昆虫が見せるダンスや求愛歌などのオス特異的な行動はオス特異的な神経回路によって制御されると考えられている。求愛行動は種特異性が高いことから、オス特異的な神経回路には大きな種差が存在することが予想できる。本研究では オス化因子である doublesex 遺伝子の分子進化が著しく亢進しているコオロギを材料に、比較/機能ゲノム学、神経行動学的視点から、求愛行動の種特異性の進化メカニズムを解明する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、コオロギ科昆虫においてオス化因子 doublesex 遺伝子が X 染色体に転座し、その結果 doublesex 遺伝子の分子進化が著しく亢進したことが、コオロギの性特異的行動パターンの多様性が生み出されたのではないか？という仮説を、比較/機能ゲノム学、神経行動学的視点から検証することを目的としている。今年度は、コオロギ doublesex 遺伝子の種特異的エンハンサー領域の探索と、コオロギ doublesex 遺伝子の遺伝子破壊系統の樹立に取り組んだ。前者については、フタホシコオロギ胸部神経節群を対象とした ATAC-seq 解析と doublesex 遺伝子上流配列の種間比較により、フタホシコオロギ doublesex 遺伝子の転写開始点上流 7-8 kbp 領域が doublesex 遺伝子の発現調節に特に重要であろうという結論に至った。一方、後者について、フタホシコオロギを材料に CRISPR/Cas9 法を利用して doublesex null 突然変異系統の作出に成功した。その結果、オスの性染色体構成をもつ突然変異個体が、形態的にはメス化することが確認できた。しかし、この “メス化したオス” 個体の性的指向はオスと同様であったことから、doublesex 遺伝子はオス化因子として機能するものの、脳・神経回路の性差はdoublesex 遺伝子以外の未知の性決定因子の支配下で制御されている、ということが明らかとなった。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
本研究は「コオロギにおける doublesex 遺伝子の分子進化速度の亢進は、オス型神経回路の種間多様性を生み出し、求愛歌などのオス特異的行動の多様性を生み出す原動力となった」という作業仮説を検証することを目的としていたが、今年度の研究成果により本研究の主たる仮説について、否定的なものではあるがはっきりとした結論が得られた。また、昆虫神経系の性決定システムについて、これまで知られていない新しいメカニズムが存在することが明らかになったことは非常に重要な成果であると考えている。
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| Strategy for Future Research Activity |
今年度の研究成果から、コオロギの脳・神経回路の性差はdoublesex 遺伝子以外の未知の性決定因子の支配下で制御されている、ということが明らかとなった。この結果を受けて、本研究の方向性を「コオロギ脳の性差を生み出す未知の性決定因子の同定」へと大幅に修正する。次年度は、昆虫の doublesex 遺伝子の性特異的遺伝子産物を生み出すメカニズムと考えられる性特異的スプライシングについて、コオロギ脳における機能解析を行う予定である。コオロギ脳の性特異的スプライシング因子である transformer 遺伝子に着目し、transformer 遺伝子に依存した性決定システムがコオロギ脳に存在するか否かをゲノム編集法を活用して検証する。もし、transformer 遺伝子の遺伝子破壊により、コオロギ脳・行動の性決定システムが完全に破綻するのであれば、未知の性決定因子はtransformer下流でスプライシング制御を受けるはずである。脳内発現遺伝子の性特異的スプライシングを調査し、未知の性決定因子の探索を進めたい。また、doublesex 遺伝子を発現する神経回路について、性特異的な形態的特徴を示すか否かを、doublesex-gal4 系統を樹立して検証する。
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