ソシオゲノムの進化：カースト分化を規定する遺伝子群の解明

• Project Area: Genetic bases for the evolution of complex adaptive traits
• Project/Area Number: 25128705
• 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: University of Toyama
• Principal Investigator: 前川 清人 富山大学, 大学院理工学研究部(理学), 准教授 (20345557)
• Project Period (FY): 2013-04-01 – 2015-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2014)
• Budget Amount: ¥11,700,000 (Direct Cost: ¥9,000,000、Indirect Cost: ¥2,700,000); Fiscal Year 2014: ¥5,850,000 (Direct Cost: ¥4,500,000、Indirect Cost: ¥1,350,000); Fiscal Year 2013: ¥5,850,000 (Direct Cost: ¥4,500,000、Indirect Cost: ¥1,350,000)
• Keywords: 発生・分化 / 昆虫 / 進化 / 遺伝子 / 生理学

Outline of Annual Research Achievements

動物には，極めて高度な社会性を獲得したグループが存在する。その代表例である社会性昆虫がもつゲノム（＝ソシオゲノム）には，複数の表現型（カースト）の設計図が織り込まれており，個体としての表現型が協調して「コロニーという総体」を作り上げる設計図をも織り込まれている点が特筆に値する。特にシロアリでは，各カーストの役割や形態が特殊化しているため，コロニーから各カーストを切り離して維持することは不可能である。したがって進化の過程では，各カーストを特徴づける形質と，協調や分業をもたらす複数の因子がほぼ同時に獲得されたと考えられる。本研究は，カースト分化を規定する未知の因子群を明らかにすることを目指し，兵隊・ワーカー・生殖カーストへの分化前の個体の特定に成功したヤマトシロアリに注目する。本年度はまず，新学術「ゲノム支援」のサポートを受けて，昨年度にシーケンスとde novo genome assemblyが完了したゲノム配列データを用いて遺伝子予測を行った。各種ホルモンやセルラーゼ関連遺伝子などのいくつかのカテゴリーに分け，他機関の専門家にも依頼してチームを編成し，アノテーションを進めている。続いて，昨年度に作製したライブラリー（各カーストの分化誘導過程の個体）のシーケンスを行い，ゲノム配列をフレームとして発現解析を遂行した。特に，これまで全くのブラックボックスであった分化過程の初期の遺伝子発現に注目した。その結果，各カーストの形態を特徴付ける形態形成因子やその上流にある発生運命決定に関与すると考えられる遺伝子が特定された。異なる遺伝子や同一遺伝子の別コピーが，それぞれ特異的な部位で発現することも明らかになった。以上の結果の一部は，原著論文にまとめると同時に，第10回国際JH会議，第17回国際社会性昆虫学会，第85回日本動物学会，第59回日本応用動物昆虫学会，ゲノム支援国際シンポジウム2015にて発表した。

Research Progress Status

26年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

26年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] High juvenile hormone titer and abdominal activation of the JH signaling may induce reproduction of termite neotenics. (2015)
  • Author(s): Saiki R, Gotoh H, Toga K, Miura T, Maekawa K
  • Journal Title: Insect Molecular Biology Volume: 印刷中 Issue: 4 Pages: 432-441
  • DOI: 10.1111/imb.12169
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Reproductive soldier-like individuals induced by juvenile hormone analog treatment in Zootermopsis nevadensis (Isoptera, Archotermopsidae). (2014)
  • Author(s): Saiki R, Yaguchi H, Hashimoto Y, Kawamura S, Maekawa K
  • Journal Title: Zoological Science Volume: 31 Issue: 9 Pages: 573-581
  • DOI: 10.2108/zs140083
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Social interactions affecting caste development through physiological actions in termites (2014)
  • Author(s): Watanabe D, Gotoh H, Miura T, Maekawa K
  • Journal Title: Frontiers in Physiology Volume: 5 Pages: 127-127
  • DOI: 10.3389/fphys.2014.00127
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Cellulolytic protist numbers rise and fall dramatically in termite queens and kings during colony foundation (2013)
  • Author(s): K. Shimada, N. Lo, O. Kitade, A. Wakui, K. Maekawa
  • Journal Title: Eukaryotic Cell Volume: 12 Issue: 4 Pages: 545-550
  • DOI: 10.1128/ec.00286-12
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Hox Gene Deformed is likely involved in mandibular regression during presoldier differentiation in the nasute termite Nasutitermes takasagoensis (2013)
  • Author(s): K. Toga, R. Saiki and K. Maekawa
  • Journal Title: Journal of Experimental Zoology Part B : Molecular and Developmental Evolution. Volume: 320 Issue: 6 Pages: 385-392
  • DOI: 10.1002/jez.b.22512
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] High Laccase2 expression is likely involved in the formation of specific cuticular structures during soldier differentiation of the termiteReticulitermes speratus. (2013)
  • Author(s): Masuoka Y, Miyazaki S, Saiki, R, Tsuchida T & Maekawa K.
  • Journal Title: Arthropod Structure & Development Volume: 42 Issue: 6 Pages: 469-475
  • DOI: 10.1016/j.asd.2013.08.003
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Construction and characterization of normalized cDNA libraries by 454 pyrosequencing and estimation of DNA methylation levels in three distantly related termite specie (2013)
  • Author(s): Hayashi Y, Shigenobu S, Watanabe D, Toga K, Saiki R, Shimada K, Bourguignon T, Lo N, Hojo M, Maekawa K, Miura T
  • Journal Title: PLOS ONE Volume: 8 Issue: 9 Pages: e76678-e76678
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0076678
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] ヤマトシロアリにおけるDNAメチル基転移酵素の発現パターン． (2015)
  • Author(s): 鈴木隆太郎，前川清人
  • Organizer: 第59回日本応用動物昆虫学会
  • Place of Presentation: 山形大学
  • Year and Date: 2015-03-27 – 2015-03-28
• [Presentation] Genome sequences and transcriptomes reveal insights into proximate mechanisms during caste differentiation of termites. (2015)
  • Author(s): Maekawa K, Saiki R, Hayashi Y, Watanabe D, Shigenobu S & Miura T
  • Organizer: International Symposium on Genome Science 2015 "Expanding Frontiers of Genome Science II"
  • Place of Presentation: Hitotsubashi Hall, Tokyo
  • Year and Date: 2015-01-20 – 2015-01-21
  • Invited
• [Presentation] シロアリにおけるカースト分化の分子基盤：重要遺伝子の発現と機能． (2014)
  • Author(s): 前川清人，斉木亮太，矢口甫，増岡裕大
  • Organizer: 平成26年度日本動物学会中部支部大会
  • Place of Presentation: のと勤労者プラザ
  • Year and Date: 2014-11-23
• [Presentation] Transcriptomics on social interactions in termites: Effects of soldier presence. (2014)
  • Author(s): Watanabe D, Matsunami M, Hayashi Y, Yaguchi H, Shigenobu S, Miura T & Maekawa K
  • Organizer: The 17th Congress of International Union for the Study of Social Insects
  • Place of Presentation: Cairns Convention Centre, Cairns, Australia
  • Year and Date: 2014-07-17
• [Presentation] Role of JH in the sex-biased termite soldier differentiation. (2014)
  • Author(s): Maekawa K, Hanmoto S, Watanabe D, Toga K & Miura T
  • Organizer: The 17th Congress of International Union for the Study of Social Insects
  • Place of Presentation: Cairns Convention Centre, Cairns, Australia
  • Year and Date: 2014-07-17
• [Presentation] Developments of termite neotenics regulated by high Juvenile hormone titers. (2014)
  • Author(s): Saiki R & Maekawa K
  • Organizer: The 17th Congress of International Union for the Study of Social Insects
  • Place of Presentation: Cairns Convention Centre, Cairns, Australia
  • Year and Date: 2014-07-15
• [Presentation] Sociogenomic studies on soldier differentiation in damp-wood termites. (2014)
  • Author(s): Yaguchi H, Shigenobu S & Maekawa K
  • Organizer: The 17th Congress of International Union for the Study of Social Insects
  • Place of Presentation: Cairns Convention Centre, Cairns, Australia
  • Year and Date: 2014-07-15
• [Presentation] Molecular mechanisms of caste-specific cuticular tanning in termites. (2014)
  • Author(s): Masuoka Y & Maekawa K
  • Organizer: The 17th Congress of International Union for the Study of Social Insects
  • Place of Presentation: Cairns Convention Centre, Cairns, Australia
  • Year and Date: 2014-07-15
• [Presentation] Effects of JH on neotenic differentiation in the termite Reticulitermes speratus. (2014)
  • Author(s): Saiki R & Maekawa K
  • Organizer: The 10th International Conference on Juvenile Hormones
  • Place of Presentation: Tsukuba, Japan
  • Year and Date: 2014-06-09 – 2014-06-13
• [Presentation] Gene expression analyses of DNA methyltransferase during caste differentiation in the termite Reticulitermes speratus. (2014)
  • Author(s): Suzuki R & Maekawa K
  • Organizer: The 10th International Conference on Juvenile Hormones
  • Place of Presentation: Tsukuba, Japan
  • Year and Date: 2014-06-09 – 2014-06-13
• [Presentation] Transcriptome analysis of soldier differentiation in the incipient colony of the damp-wood termite Zootermopsis nevadensis. (2014)
  • Author(s): Yaguchi H, Shigenobu S, Maekawa K
  • Organizer: The 10th Pacific-Rim Termite Research Group Conference
  • Place of Presentation: Kuala Lumpur, Malaysia
• [Presentation] Expression and function analyses of the hormone signaling genes during soldier differentiation of the termite Zootermopsis nevadensis. (2014)
  • Author(s): Masuoka Y, Maekawa K
  • Organizer: The 10th Pacific-Rim Termite Research Group Conference
  • Place of Presentation: Kuala Lumpur, Malaysia
• [Presentation] シロアリのカースト分化における社会生理機構に関するトランスクリプトミクス． (2014)
  • Author(s): 渡邊大，松波雅俊，林良信，重信秀治，三浦徹，前川清人
  • Organizer: 第61回日本生態学会
  • Place of Presentation: 広島大学
• [Presentation] シロアリが示す高度な社会システムの発生遺伝学的な背景を探る． (2014)
  • Author(s): 前川清人，重信秀治，三浦徹
  • Organizer: 第58回日本応用動物昆虫学会
  • Place of Presentation: 高知大学
  • Invited
• [Presentation] ドーパミンがネバダオオシロアリの個体間相互作用と兵隊分化に及ぼす影響． (2014)
  • Author(s): 井上享也，矢口甫，佐々木謙，前川清人
  • Organizer: 第58回日本応用動物昆虫学会
  • Place of Presentation: 高知大学
• [Presentation] シロアリのカースト分化におけるクチクラタンニング遺伝子の発現及び機能解析． (2013)
  • Author(s): 増岡裕大，宮崎智史，斉木亮太，土'田努，前川清人
  • Organizer: 第49 回日本節足動物発生学会大会
  • Place of Presentation: つくば市
• [Presentation] シロアリの兵隊特異的な器官形成におけるHoxとホルモン受容体遺伝子の機能解析． (2013)
  • Author(s): 栂浩平，新美輝幸，前川清人
  • Organizer: 第49 回日本節足動物発生学会大会
  • Place of Presentation: つくば市
• [Presentation] シロアリにおける化学的防衛のためのジテルペン合成に関わる遺伝子の進化． (2013)
  • Author(s): 北條優，重信秀治，林良信，前川清人，三浦徹，徳田岳
  • Organizer: 第15回日本進化学会
  • Place of Presentation: 筑波大学
• [Presentation] ネバダオオシロアリのソルジャー分化に生体アミンが与える影響． (2013)
  • Author(s): 井上享也，矢口甫，佐々木謙，前川清人
  • Organizer: 第73回日本昆虫学会
  • Place of Presentation: 北海道大学
• [Presentation] タカサゴシロアリの性とリンクした兵隊分化：雌雄職蟻の幼若ホルモン量の比較解析． (2013)
  • Author(s): 半本秀太朗，渡邊大，三浦徹，前川清人
  • Organizer: 第73回日本昆虫学会
  • Place of Presentation: 北海道大学
• [Presentation] シロアリのカースト特異的なクチクラタンニングにおけるホルモン関連遺伝子の役割． (2013)
  • Author(s): 増岡裕大，前川清人
  • Organizer: 第73回日本昆虫学会
  • Place of Presentation: 北海道大学
• [Presentation] ヤマトシロアリの幼形生殖虫分化における幼若ホルモンの部位特異的な発達制御． (2013)
  • Author(s): 斉木亮太，前川清人
  • Organizer: 第84回日本動物学会
  • Place of Presentation: 岡山大学
• [Presentation] ネバダオオシロアリのRNA-seq解析により同定された兵隊分化を規定する遺伝子． (2013)
  • Author(s): 矢口甫，重信秀治，前川清人
  • Organizer: 第84回日本動物学会
  • Place of Presentation: 岡山大学
• [Presentation] アリの寒冷環境への適応とカースト進化をもたらす分子機構． (2013)
  • Author(s): 宮崎智史，前川清人
  • Organizer: 第84回日本動物学会
  • Place of Presentation: 岡山大学
• [Book] Juvenile Hormones and Juvenoids: Modeling Biological Effects and Environmental Fate (2013)
  • Author(s): Toga K & Maekawa K
  • Publisher: CRC Press
• [Remarks] Research Topics XIII.
  • URL: http://www.sci.u-toyama.ac.jp/bio/maekawa-lab/research13.html
• [Remarks] 兵隊特異的なクチクラ形成とLaccase2遺伝子の役割
  • URL: http://www.sci.u-toyama.ac.jp/bio/maekawa-lab/research12.html