甲虫における飛翔能力の退化をもたらした遺伝基盤の解明

• Project/Area Number: 23K27238
• Project/Area Number (Other): 23H02547 (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 45040:Ecology and environment-related
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 池田 紘士 東京大学, 大学院農学生命科学研究科(農学部), 准教授 (00508880)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 久保田 耕平 東京大学, 大学院農学生命科学研究科(農学部), 教授 (30272438)
• Project Period (FY): 2023-04-01 – 2027-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2024)
• Budget Amount: ¥18,460,000 (Direct Cost: ¥14,200,000、Indirect Cost: ¥4,260,000); Fiscal Year 2026: ¥4,420,000 (Direct Cost: ¥3,400,000、Indirect Cost: ¥1,020,000); Fiscal Year 2025: ¥4,420,000 (Direct Cost: ¥3,400,000、Indirect Cost: ¥1,020,000); Fiscal Year 2024: ¥5,070,000 (Direct Cost: ¥3,900,000、Indirect Cost: ¥1,170,000); Fiscal Year 2023: ¥4,550,000 (Direct Cost: ¥3,500,000、Indirect Cost: ¥1,050,000)
• Keywords: 昆虫 / 進化 / 飛翔能力 / ゲノム / 遺伝子発現

Outline of Research at the Start

飛翔能力の退化は、昆虫全体で広く生じた収れん進化の代表例である。本研究では、種内に飛翔筋の有る個体と無い個体が存在するオオヒラタシデムシをモデルとし、甲虫目における飛翔筋退化の遺伝基盤を明らかにする。飛翔筋の有る個体と無い個体の間でゲノム及び遺伝子発現の比較を行い、飛翔筋退化の遺伝基盤を解明する。さらに、この結果をもとに他の種でも同様の解析を行って種間で比較し、遺伝基盤の共通性を検証する。これにより、甲虫目の多様な系統で生じた飛翔筋の退化は共通の遺伝基盤によってもたらされたのか、を明らかにする。

Outline of Annual Research Achievements

本年度は、オオヒラタシデムシを主な調査対象として研究を行った。まず飛翔筋の有る個体と無い個体の両方が生息している千葉県の地点で採集を行い、ゲノム解析に必要なサンプルをピットフォールトラップで採集した。その結果数百個体が得られ、得られたサンプルのうちの10個体程度についてゲノム解析用にDNA抽出を行い、最も多くのDNAが採れたサンプルについてシークエンスを外注した。その結果得られたゲノムデータは良好であったため、これを用いてその後の解析を進めていくこととした。
また、遺伝子発現解析に用いるサンプルを採集するため、まず飛翔筋が有筋もしくは無筋のいずれかに固定されている地点の探索を行った。過去に採集記録があり、いずれかに固定されているという記録のある地点(北海道、宮城県、山形県)を候補としてピットフォールトラップによる採集を行った。その結果、北海道は有筋集団、宮城県は無筋集団であり、山形県は無筋個体が大半を占めるが有筋個体もやや多く現れた。そのため、これらの地点を調査地とすることとした。各地点で採集された幼虫個体を飼育し、まずは遺伝子発現解析に用いるサンプルを得るのに適切なサンプリング間隔を探索するため、終齢幼虫、前蛹、蛹の期間を計測した。この結果から、サンプリングのタイミングを前蛹の2、5日目、蛹の1、3、7、10日目とすることとした。これにもとづいてその後サンプリングを行い、遺伝子発現解析に用いるサンプルを得た。

Current Status of Research Progress

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

Reason

野外でのサンプリングは順調に進んでおり、良好なデータも得られつつある。遺伝子発現解析もサンプリングが順調に進んでいる。以上のことから、充分な結果が得られたと考えられる。

Strategy for Future Research Activity

これまでに、当初予定していたサンプルの多くが得られたため、今後は不足している地域の野外調査を行い、採集を進める。得られたゲノムデータについて解析を進める。また、これまでに得られたサンプル、および新たに得られるサンプルに関して遺伝子発現解析を行う。

Research Products

• [Journal Article] Stages in the degeneration of flight ability degeneration and their interspecific comparisons in the genus Synuchus (Coleoptera: Carabidae) in Japan (2024)
  • Author(s): Shimizu T., Kubota K., Ikeda H.
  • Journal Title: European Journal of Entomology Volume: 121 Pages: 7-18
  • DOI: 10.14411/eje.2024.002
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] 飛翔筋二型のオオヒラタシデムシにおける飛翔筋の有無に影響する要因 (2024)
  • Author(s): 田村友, 曽田貞滋, 森井椋太, 杉山瑞, 安田晶南, 白石恭輔, 池田紘士
  • Organizer: 第71回日本生態学会大会
• [Presentation] ゲンゴロウの刺はどのような機能をもつか？ -歩行・遊泳・飛翔・捕食防御の観点から- (2024)
  • Author(s): 秀健吾, 森井椋太, 安田晶南, 池田紘士
  • Organizer: 第71回日本生態学会大会
• [Presentation] 日本列島のツヤヒラタゴミムシ属における飛翔形質の進化と生息環境の関係 (2024)
  • Author(s): 清水隆史, 久保田耕平, 池田紘士
  • Organizer: 第71回日本生態学会大会
• [Presentation] ゲンゴロウにおけるトゲの機能 (2023)
  • Author(s): 秀健吾, 池田紘士
  • Organizer: 第94回日本動物学会大会
• [Presentation] Relationships between traits for flight and habitat environment in two related Synuchus species (2023)
  • Author(s): 清水隆史, 久保田耕平, 池田紘士
  • Organizer: 第83回日本昆虫学会大会
• [Presentation] ゲンゴロウ科における棘の機能 ー遊泳・歩行・飛翔・捕食防御の観点からー (2023)
  • Author(s): 秀健吾, 池田紘士
  • Organizer: 第39回個体群生態学会大会