2015 Fiscal Year Annual Research Report
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15H05778
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
藤原 晴彦 東京大学, 大学院新領域創成科学研究科, 教授 (40183933)
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| Project Period (FY) |
2015-05-29 – 2020-03-31
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| Keywords | 超遺伝子 / supergene / シロオビアゲハ / ナガサキアゲハ / ベイツ型擬態 / doublesex / ゲノム再編成 / 擬態紋様形成 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
体表の紋様や体色により捕食者を撹乱する擬態は広範な生物種に認められるが、その形成メカニズムはよくわかっていない。擬態のような複雑な適応形質は1遺伝子の変異ではなく、染色体上の隣接遺伝子群「超遺伝子（supergene）」が制御しているという仮説がある。我々はシロオビアゲハのベイツ型擬態の原因が130kbに及ぶ染色体領域にあり、さらに染色体の逆位によってその領域が進化的に固定されていることを見出した。そこで、本研究では複数のアゲハ蝶をモデルとして（１）supergeneの構造と機能、（２）染色体上のsupergeneユニットの出現と安定化機構、（３）近縁種でのsupergeneの進化プロセスを解明する。転移因子の関与なども含め上記の結果を統合し、ゲノム再編成による擬態紋様形成機構を体系的に解明することを目的とした。
本年度は、シロオビアゲハの擬態型♀で発現している3種類のdoublesex (dsx) アイソフォームのうち、擬態形質に関与しているアイソフォームを同定した。また、その蛹時における詳細な発現パターンを調べるとともに、擬態を制御するdsxの下流にある遺伝子をRNA-seq法によって網羅的に解析した。一方、近縁種ナガサキアゲハはシロオビアゲハと同様に一部のメスのみが擬態する形質を持つが、そのdsxのアミノ酸配列の構造を解明した。その結果、シロオビアゲハと同様にナガサキアゲハにも擬態型♀dsxと非擬態型♀dsxの2型性が見出された。一方、シロオビアゲハとナガサキアゲハの擬態型dsxと非擬態型dsxには共通のアミノ酸変異は見られないことから、両種のdsx構造は異なる進化プロセスによって形成された可能性が示唆された。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
（１）擬態supergeneにおけるdsx遺伝子の構造と機能：electroporation介在型RNAi法により解析した結果、シロオビアゲハの擬態型(H)♀で発現している3種類のdsxアイソフォーム、特定のアイソフォームのみが擬態型形質に関与していることが示された。一方、擬態型♀と非擬態型♀の間で蛹時の各ステージにおけるdsxの発現パターンを詳細に調べた結果、蛹初期におけるdsxの発現が両者で大きく異なることが見出された。さらに擬態型(H)♀においてdsxをノックダウンした個体を用いて、ノックダウン領域と非ノックダウン領域で発現するRNAをRNAseq法で比較解析した結果、擬態に関わると推測されるdsxの標的遺伝子が複数同定された。
（２）近縁種ナガサキアゲハにおける擬態supergeneの解明：1昨年度までに調べたナガサキアゲハのゲノム構造から、擬態の原因となるsupergeneユニットが予想された。そこで、ナガサキアゲハのcDNAやゲノム配列の情報から、dsxのアミノ酸配列を同定した。シロオビアゲハと同様に、擬態型dsxと非擬態型dsxの2型があり、前者が擬態型形質に関与していると考えられた。一方で、ナガサキアゲハとシロオビアゲハの擬態型dsxを比較すると両者で共通に変異しているアミノ酸は見られないことから、これらが独立に進化してきた可能性とdsxの機能そのものよりも発現パターンが擬態形質の誘導には重要である可能性が示唆された。
以上の結果から、申請時点の計画は順調に進展していると判断される。
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| Strategy for Future Research Activity |
Dsxの機能に関しては、これまで擬態型♀でのdsxのノックダウンによって検証を行ってきたが、発現のタイミングが重要である可能性が示唆された。そこで、非擬態型♀でdsxの強制発現を行い、擬態型のみが形質を誘導するのか、非擬態型でも形質を誘導するのかを調べる必要がある。今後は、十分に強いプロモーターを組み入れたベクターを開発して、蛹翅で組み入れた遺伝子がより強く発現するシステムを構築する。一方、dsx以外のU3XやUXTは早い発生時期で機能している可能性があるが、現在のelectroporation法では蛹期前の翅原基の解析が困難である。この問題を克服するために、胚期におけるCrispr/CasやPiggyBacなどによる遺伝子ノックインを併用していく。
ナガサキアゲハとシロオビアゲハではdsxの2型性は同じであるが、アミノ酸構造の変異箇所などは大きく異なっていた。この進化過程を明確にするためには、ナガサキアゲハのベイツ型擬態に関わる超遺伝子構造を解明し、両者で構造を詳細に比較する必要がある。また、現時点で5種類のPapilio属の全ゲノム構造が知られており、これらの蝶の相同配列との比較に加え、ナガサキアゲハやシロオビアゲハにより近縁な複数のアゲハ（例えばクロアゲハ）での比較解析によりベイツ型擬態の進化プロセスが明瞭になると考えられる。
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Research Products
(35 results)
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[Presentation] Molecular mechanism underlying pupal color polymorphism in the swallowtail butterfuly.2016
Author(s)
Otaguro, E., Nobuta, M., Muraoka, Y., Nishikawa, H., Yamaguchi, J. and Fujiwara, H.
Organizer
第87回日本動物学会・22nd International Conference of Zoology joint meeting
Int'l Joint Research
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