Genome controlling bio-navigation and its behavioral ecology

• Project Area: Systems Science of Bio-navigation
• Project/Area Number: 17H05976
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Complex systems
• Research Institution: Okayama University
• Principal Investigator: 宮竹 貴久 岡山大学, 環境生命科学研究科, 教授 (80332790)
• Project Period (FY): 2017-04-01 – 2019-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2018)
• Budget Amount: ¥8,840,000 (Direct Cost: ¥6,800,000、Indirect Cost: ¥2,040,000); Fiscal Year 2018: ¥4,420,000 (Direct Cost: ¥3,400,000、Indirect Cost: ¥1,020,000); Fiscal Year 2017: ¥4,420,000 (Direct Cost: ¥3,400,000、Indirect Cost: ¥1,020,000)
• Keywords: 歩行活動軌跡 / コクヌストモドキ / ナビゲーション / トレッドミル / ドーパミン / RNA発現解析 / LEDライト / 甲虫 / ゲノム / 遺伝子 / 移動解析 / 生態学 / 行動 / 昆虫 / 定位行動 / 次世代シーケンサー

Outline of Annual Research Achievements

コクヌストモドキの「動き」が異なる選抜系統より、活動量の多い系統（H系統）と少ない系統（L系統）の成虫をそれぞれ任意に5個体抽出し、脳を摘出し、RNAseqによるトランスクリプトーム比較を行った。その結果、系統間で518の発現の異なる遺伝子を検出できた。選抜した系統間では、当初予期していなかった遺伝子領域にも発現差があったが、これまでの生理学的な研究の結果から発現の違いが予期されていたチロシン代謝系に関連する遺伝子（ドーパミンの前駆体物質）にも系統間で差が見られた。これら関連遺伝子のエンザイム遺伝子はH系統よりもL系統でより多くの発現が見られた。そこで、リアルタイムPCR解析を行ったところ、Tchpd (Hpd) とTcnat (Nat)がH系統に比べてL系統で、相対的な発現量が高かった。このことは活動量とドーパミン供給に関する酵素の影響を示唆している。そのうち、リアルタイムPCRで発現量の差が2倍以上であったHpd遺伝子についてRNAiを行った。L系統の成虫よりRNAを摘出し、逆転写によりｃDNAを合成し、LinearDNAを作成した。それによって合成したdsRNAをL系統の秀麗幼虫にインジェクションした。純水及びVermilionも同量インジェクションし、コントロールとした。リアルタイムPCRの結果、dsHPDのインジェクションによって、HPDの発現量が半分以下に抑制されていたが、成虫の活動量に変化は見られず、成虫の分散距離（ナビゲーション形質）を比較したがノックダウンによる効果は認められなかった。これと並行して、①確立した系統間で生活史形質の比較解析、②工学および計画班A02との連携研究において、昆虫類の移動と活動量の解析、③野外コクヌストモドキ集団の歩行軌跡の測定と地域集団の系統間推定、④計画班B01と連携して海鳥が海上で捕獲する昆虫種類の同定を行った。

Research Progress Status

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Int'l Joint Research] University of Exceter(英国)
• [Journal Article] Pace-of-life: Relationships among locomotor activity, life history, and circadian rhythm in the assassin bug, Amphibolus venator (2019)
  • Author(s): Matsumura Kentarou、Ito Ryohei、Miyatake Takahisa
  • Journal Title: Ethology Volume: 125 Issue: 3 Pages: 127-132
  • DOI: 10.1111/eth.12831
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Responses to relaxed and reverse selection in strains artificially selected for duration of death-feigning behavior in the red flour beetle, Tribolium castaneum (2018)
  • Author(s): Matsumura Kentarou、Miyatake Takahisa
  • Journal Title: Journal of Ethology Volume: 36 Issue: 2 Pages: 161-168
  • DOI: 10.1007/s10164-018-0548-x
  • NAID: 120006775073
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Correction to: Responses to relaxed and reverse selection in strains artificially selected for duration of death?feigning behavior in the red flour beetle, Tribolium castaneum (2018)
  • Author(s): Matsumura Kentarou、Miyatake Takahisa
  • Journal Title: Journal of Ethology Volume: 37 Issue: 1 Pages: 135-135
  • DOI: 10.1007/s10164-018-0579-3
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Costs of walking: differences in egg size and starvation resistance of females between strains of the red flour beetle (Tribolium castaneum) artificially selected for walking ability (2018)
  • Author(s): Matsumura Kentarou、Miyatake Takahisa
  • Journal Title: Journal of Evolutionary Biology Volume: 31 Issue: 11 Pages: 1632-1637
  • DOI: 10.1111/jeb.13356
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Decoupling of behavioral trait correlation across life stages in two holometabolous insects. (2017)
  • Author(s): Matsumura K, Fuchikawa T, Miyatake T
  • Journal Title: Behavior Genetics Volume: 47 Issue: 4 Pages: 459-467
  • DOI: 10.1007/s10519-017-9847-1
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Adults of Lasioderma serricorne and Stegobium paniceum (Anobiidae: Coleoptera) Are Attracted to Ultraviolet (UV) Over Blue Light LEDs (2017)
  • Author(s): Hironaka M, Kamura T, Osada M, Sasaki R, Shinoda K, Hariyama T, Miyatake T
  • Journal Title: Journal of Economic Entomology Volume: 110 Issue: 4 Pages: 1911-1915
  • DOI: 10.1093/jee/tox127
  • Peer Reviewed
• [Presentation] コクヌストモドキの捕食回避戦略と脚の長さの関係 (2019)
  • Author(s): 松村 健太郎・宮竹 貴久
  • Organizer: 日本応用動物昆虫学会 第63回大会 つくば
• [Presentation] 逃げる虫は脚が長い～擬死行動への選抜実験による検証～ (2019)
  • Author(s): 松村健太郎, 宮竹貴久
  • Organizer: 日本生態学会第66回全国大会
• [Presentation] Effects of artificial selection for walking movement on reproductive traits in the red flour beetle, Tribolium castaneum (2019)
  • Author(s): Kentarou Matsumura, Takahisa Miyatake
  • Organizer: BiRD 2019
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Trajectory analysis of bio-navigation by using machine learning: comparison between strains artificially selected for duration of death-feigning in the red flour beetle (2018)
  • Author(s): Maekawa T, Ohara K, Matsumura K, Fujisawa R, Nagaya N, Miyatake T
  • Organizer: 第41回日本神経科学大会
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 不動行動の生態と機能 (2018)
  • Author(s): 宮竹貴久
  • Organizer: ESJ65、2018年日本生態学会 昆虫の動きと不動を科学する」：生理学と生態学の融合を目指して
  • Invited
• [Presentation] Try to measure of walking activity by ANTAM in the beetle strains selected for the duration of Tonic Immobility (2017)
  • Author(s): Takahisa MIYATAKE, Kentarou MATSUMURA, Shintarou TANABE, Yui SASAKI, Ryusuke FUJISAWA, Naohisa NAGAYA
  • Organizer: SWARM 2017: The 2nd International Symposium on Swarm Behavior and Bio-Inspired Robotics
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] コクヌストモドキの死にまね系統間におけるインスリン・チロシン関連遺伝子の発現比較 (2017)
  • Author(s): 日ノ澤祥悟、宮竹貴久、佐々木謙
  • Organizer: 日本昆虫学会支部会、玉川大学
• [Presentation] ナビゲーション能力を制御するゲノム行動生態学的研究、新学術領域研究 生物移動情報学、生物ナビゲーションのシステム科学 (2017)
  • Author(s): 宮竹貴久
  • Organizer: 日本動物行動関連学会・研究会（8/30-9/1）8/29（火）同志社大学東京オフィス
• [Presentation] コクヌストモドキの振動実験 (2017)
  • Author(s): 宮竹貴久
  • Organizer: 第2回昆虫行動ロボティクス研究会
• [Presentation] LEDと性フェロモンを用いた環境・生産に負荷の少ない貯穀害虫、モニタリングトラップ (2017)
  • Author(s): 宮竹貴久
  • Organizer: 成29年度LED応用技術セミナー
• [Presentation] コクヌストモドキにおける歩行能力への人為選抜が生活史形質へ及ぼす影響 (2017)
  • Author(s): 松村健太郎、宮竹貴久
  • Organizer: ESJ65、2018年日本生態学会
• [Remarks] 教員：宮竹貴久のページ
  • URL: http://www.agr.okayama-u.ac.jp/LAPE/miyatake.html
• [Remarks] Takahisa Miyatake's Publication
  • URL: http://www.agr.okayama-u.ac.jp/LAPE/miyatakepubl.html