Molecular mechanisms underlying hormone-mediated body color formation in dragonflies.

• Project/Area Number: 23K27204
• Project/Area Number (Other): 23H02512 (2023)
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Multi-year Fund (2024); Single-year Grants (2023)
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 44040:Morphology and anatomical structure-related
• Research Institution: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology
• Principal Investigator: 二橋 亮 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 生命工学領域, 上級主任研究員 (50549889)
• Project Period (FY): 2023-04-01 – 2028-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2024)
• Budget Amount: ¥18,590,000 (Direct Cost: ¥14,300,000、Indirect Cost: ¥4,290,000); Fiscal Year 2027: ¥3,640,000 (Direct Cost: ¥2,800,000、Indirect Cost: ¥840,000); Fiscal Year 2026: ¥3,640,000 (Direct Cost: ¥2,800,000、Indirect Cost: ¥840,000); Fiscal Year 2025: ¥3,640,000 (Direct Cost: ¥2,800,000、Indirect Cost: ¥840,000); Fiscal Year 2024: ¥3,640,000 (Direct Cost: ¥2,800,000、Indirect Cost: ¥840,000); Fiscal Year 2023: ¥4,030,000 (Direct Cost: ¥3,100,000、Indirect Cost: ¥930,000)
• Keywords: トンボ / ホルモン / 体色形成

Outline of Research at the Start

本研究課題では、ホルモンを介したトンボの体色形成メカニズムの分子基盤を徹底的に解明することを目指す。申請者らが確立した局所的RNAi法は、同一個体の左右で遺伝子発現を比較できるため、ホルモンシグナル伝達因子を含め、特定の調節遺伝子の下流を高精度に分析することが可能である。この系を用いて、脱皮ホルモン、幼若ホルモンおよび性分化シグナルが、体色や斑紋形成、成熟に伴う体色変化に与える影響を解析する。

Outline of Annual Research Achievements

トンボは、基本的に視覚で相手を認識するため、体色や斑紋に著しい多様性が見られる。申請者らは、トンボ成虫の体色変化メカニズムや、トンボが幼虫から成虫へ変態する際の分子メカニズムを研究してきた。その過程で、昆虫の脱皮・変態を制御するホルモンが、成虫の体色形成に密接に関与することを見出した。他の昆虫では、ホルモンの作用は全身に及ぶため、結果の解釈が複雑になることが多かったが、トンボは申請者らが確立した局所的RNAi法によって、表皮の一部でのみ遺伝子の影響を調べることが可能である。本研究課題では、申請者らが構築した機能解析系を活かして、ホルモンを介したトンボの体色形成メカニズムの分子基盤を徹底的に解明することを目指す。
2023年度は、幼若ホルモンおよび脱皮ホルモンのシグナル伝達に関する転写因子群に着目して、局所的RNAi法を用いて遺伝子の機能阻害を行い、機能阻害部位と正常部位の遺伝子発現を同じ個体で比較することで、ホルモンを介した体色形成に関わる遺伝子の解析を進めた。また、性分化に関わる遺伝子も同様に解析して、ホルモンと性分化との接点を探索した。並行して、トンボの亜終齢幼虫、終齢幼虫を中心におけるホルモン濃度の測定とホルモン生合成酵素の発現比較を進めた。さらに、トンボの視覚と紫外線反射メカニズムに関して、一般向けの書籍で発表するとともに、トンボ以外の昆虫の体色や変態に関わる遺伝子についても比較解析を行った。

Current Status of Research Progress

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

Reason

ホルモンのシグナル伝達や性分化、体色に関わる遺伝子の探索および機能解析は順調に進んでいる。

Strategy for Future Research Activity

これまでに体色と関連がみられた遺伝子を多数同定することに成功したため、RNAiによる機能解析およびRNAi後のRNAseqによる発現比較解析によって、色素合成やパターン形成に関わる遺伝子の相互作用について解析を進めていきたい。

Research Products

• [Journal Article] In memoriam Kiyoshi Inoue (29th March 1932 - 21st May 2023) (2023)
  • Author(s): Natsume Hidetaka、Sasamoto Akihiko、Futahashi Ryo
  • Journal Title: Odonatologica Volume: 52 Issue: 3-4 Pages: 143-171
  • DOI: 10.60024/odon.v52i3-4.a1
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Butterfly wing color made of pigmented liquid (2023)
  • Author(s): Nishida Kenji、Adachi Haruhiko、Moriyama Minoru、Futahashi Ryo、Hanson Paul E.、Kondo Shigeru
  • Journal Title: Cell Reports Volume: 42 Issue: 8 Pages: 112917-112917
  • DOI: 10.1016/j.celrep.2023.112917
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Presentation] 地味なヤゴが色鮮やかなトンボになるメカニズム (2024)
  • Author(s): 二橋亮
  • Organizer: 日本動物学会関東支部第76回大会
  • Invited
• [Presentation] 冬のトンボはどうしてる？ 都心の水辺でだいそうさく！ (2024)
  • Author(s): 二橋亮
  • Organizer: 井の頭自然文化園 身近な水辺保全講演＆観察会
  • Invited
• [Presentation] コフキトンボの紫外線反射とメス多型 (2023)
  • Author(s): 二橋亮
  • Organizer: 日本トンボ学会2023年大会
• [Presentation] トンボの性分化と 紫外線反射の分子機構 (2023)
  • Author(s): 二橋亮
  • Organizer: 日本動物学会第94回大会
• [Book] 四国・中国・近畿のトンボでわかる快適環境 (2023)
  • Author(s): 杉村 光俊、吉田 一夫、山本 哲央、大浜 祥治、二橋 亮
  • Total Pages: 276
  • Publisher: いかだ社
  • ISBN: 9784870515949
• [Remarks] 研究所個人Webページ
  • URL: https://staff.aist.go.jp/ryo-futahashi/