トンボの性分化に関わる体色多型の分子機構

• Project Area: Spectrum of the Sex: a continuity of phenotypes between female and male
• Project/Area Number: 20H04936
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Biological Sciences
• 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, 主任研究員 (50549889)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2022-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2021)
• Budget Amount: ¥10,920,000 (Direct Cost: ¥8,400,000、Indirect Cost: ¥2,520,000); Fiscal Year 2021: ¥5,460,000 (Direct Cost: ¥4,200,000、Indirect Cost: ¥1,260,000); Fiscal Year 2020: ¥5,460,000 (Direct Cost: ¥4,200,000、Indirect Cost: ¥1,260,000)
• Keywords: トンボ / 性分化 / メス多型 / オス多型

Outline of Research at the Start

本研究では、10 種のトンボについて、雌雄差の外見に関与する遺伝子および性分化に関わる体色多型の原因遺伝子の解明を目指す。具体的には、①雌雄間および多型間でのRNAseq による性分化関連遺伝子の探索、②RNAi による性分化候補遺伝子の機能解析、③性分化候補遺伝子が多型の原因遺伝子であるかを比較ゲノム解析によって検証、の3 点を中心に解析を進める。また、性分化候補遺伝子が絞り込まれた場合は、性染色体や既知の性分化遺伝子との関係を調べる。

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、雌雄で翅や腹部の色彩・斑紋が著しく異なる種が多い。興味深いことに、幅広いトンボでオスに擬態するメス（オス型メス）や、逆にメスに擬態するオス（メス型オス）が出現する。この現象は、生態学的な面から研究が進められてきたが、多型や性分化に関する分子基盤はほとんど未解明である。本研究では、トンボ複数種のメス多型、オス多型に着目しながら、①オスとメスの見た目の性差に関与する分子基盤、および②性分化に関わる体色多型の原因遺伝子、を解明することを目的とする。
2021年度は、水中生活を行う地味な体色の幼虫（ヤゴ）から、陸上生活を行う色鮮やかな成虫へと、劇的に形態を変化させるトンボの変態に重要な遺伝子群の発現解析および機能解析の結果を整理して、PNAS誌に論文発表を行った。興味深いことに、他の昆虫の「さなぎ」の形質を決定するbroad遺伝子が、「さなぎ」の時期を持たないトンボでは、幼虫の形質を作り出す遺伝子と成虫の形質を作り出す遺伝子の両方をコントロールしていることが確認された。また、成虫化に必須なKr-h1遺伝子の機能阻害では雌雄で異なる表現型が得られるのに対して、broad遺伝子の機能阻害では雌雄差は見られないことが判明した。また、アオモンイトトンボの体色形成機構について、RNAi後のRNAseq解析を行うことで、性分化遺伝子とホルモン関連遺伝子および色素合成遺伝子の関係を解明することができた。

Research Progress Status

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Molecular mechanisms underlying metamorphosis in the most-ancestral winged insect (2022)
  • Author(s): Okude Genta、Moriyama Minoru、Kawahara-Miki Ryouka、Yajima Shunsuke、Fukatsu Takema、Futahashi Ryo
  • Journal Title: Proceedings of the National Academy of Sciences Volume: 119 Issue: 9
  • DOI: 10.1073/pnas.2114773119
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Wolbachia-driven selective sweep in a range expanding insect species (2021)
  • Author(s): Deng Junchen、Assandri Giacomo、Chauhan Pallavi、Futahashi Ryo、Galimberti Andrea、Hansson Bengt、Lancaster Lesley T.、Takahashi Yuma、Svensson Erik I.、Duplouy Anne
  • Journal Title: BMC Ecology and Evolution Volume: 21 Issue: 1 Pages: 181-181
  • DOI: 10.1186/s12862-021-01906-6
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Mutations in a β-group of solute carrier gene are responsible for egg and eye coloration of the brown egg 4 (b-4) mutant in the silkworm, Bombyx mori (2021)
  • Author(s): Tomihara Kenta、Satta Katsuya、Matsuzaki Shohei、Yoshitake Kazutoshi、Yamamoto Kimiko、Uchiyama Hironobu、Yajima Shunsuke、Futahashi Ryo、Katsuma Susumu、Osanai-Futahashi Mizuko、Kiuchi Takashi
  • Journal Title: Insect Biochemistry and Molecular Biology Volume: 137 Pages: 103624-103624
  • DOI: 10.1016/j.ibmb.2021.103624
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] The effect of the doublesex gene in body colour masculinization of the damselfly Ischnura senegalensis (2021)
  • Author(s): Takahashi Michihiko、Okude Genta、Futahashi Ryo、Takahashi Yuma、Kawata Masakado
  • Journal Title: Biology Letters Volume: 17 Issue: 6 Pages: 20200761-20200761
  • DOI: 10.1098/rsbl.2020.0761
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Pigments in Insects (2021)
  • Author(s): Futahashi Ryo、Osanai-Futahashi Mizuko
  • Journal Title: Pigments, Pigment Cells, and Pigment Patterns Volume: 1 Pages: 3-43
  • DOI: 10.1007/978-981-16-1490-3_1
  • ISBN: 9789811614897, 9789811614903
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 北大東島におけるリュウキュウカトリヤンマの記録 (2021)
  • Author(s): 岡崎幹人・二橋亮
  • Journal Title: Tombo Volume: 63 Pages: 91-92
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] ホメオシスと推定されるスジボソギンヤンマの記録 (2021)
  • Author(s): 二橋亮
  • Journal Title: Tombo Volume: 63 Pages: 61-62
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 2020年に八重山諸島で採集した種間雑種2例 (2021)
  • Author(s): 古田部聖・二橋亮
  • Journal Title: Tombo Volume: 63 Pages: 51-54
  • NAID: 40022613380
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Comprehensive comparative morphology and developmental staging of final instar larvae toward metamorphosis in the insect order Odonata (2021)
  • Author(s): Okude Genta、Fukatsu Takema、Futahashi Ryo
  • Journal Title: Scientific Reports Volume: 11 Issue: 1 Pages: 5164-5164
  • DOI: 10.1038/s41598-021-84639-2
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Electroporation-mediated RNA Interference Method in Odonata (2021)
  • Author(s): Okude Genta、Fukatsu Takema、Futahashi Ryo
  • Journal Title: Journal of Visualized Experiments Volume: 168 Issue: 168 Pages: 1-20
  • DOI: 10.3791/61952
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Pigmentation and color pattern diversity in Odonata (2021)
  • Author(s): Okude Genta、Futahashi Ryo
  • Journal Title: Current Opinion in Genetics & Development Volume: 69 Pages: 14-20
  • DOI: 10.1016/j.gde.2020.12.014
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] 札幌市で記録されたタイリクアキアカネの検証 (2021)
  • Author(s): 横山透・二橋亮
  • Journal Title: 北海道トンボ研究会報 Volume: 32 Pages: 11-12
• [Journal Article] Diversity of UV Reflection Patterns in Odonata (2020)
  • Author(s): Futahashi Ryo
  • Journal Title: Frontiers in Ecology and Evolution Volume: 8 Pages: 201-201
  • DOI: 10.3389/fevo.2020.00201
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] Molecular mechanisms underlying color formation in dragonflies and damselflies (2021)
  • Author(s): Futahashi Ryo
  • Organizer: The 93rd Annual Meeting of the Genetics Society of Japan
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] 日本のトンボの分類と分布に関する最近の知見 (2021)
  • Author(s): 二橋亮
  • Organizer: 日本トンボ学会2021年大会
  • Invited
• [Presentation] Body color changes and environmental adaptation in dragonflies. (2020)
  • Author(s): Futahashi Ryo
  • Organizer: The 43th Annual Meeting of the Molecular Biology Society of Japan
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Book] 日本のトンボ 改訂版 (2021)
  • Author(s): 尾園 暁、川島逸郎、二橋 亮
  • Total Pages: 532
  • Publisher: 文一総合出版
  • ISBN: 9784829984086
• [Book] Pigments, Pigment Cells, and Pigment Patterns (2021)
  • Author(s): Hisashi Hashimoto, Makoto Goda, Ryo Futuhashi, Robert N. Kelsh, Toyoko Akiyama
  • Total Pages: 472
  • Publisher: Springer Nature Singapore Pte Ltd
  • ISBN: 9789811614897
• [Book] このゆびとまれ！あかとんぼ (2021)
  • Author(s): 飯村茂樹・二橋亮
  • Total Pages: 27
  • Publisher: チャイルド本社
  • ISBN: 9784805452011
• [Remarks] 個人Webページ
  • URL: https://sites.google.com/site/ryofutahashi/japanese