2017 Fiscal Year Annual Research Report
Identification of key developmental changes for insect wing evolution
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16K18825
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
大出 高弘 京都大学, 農学研究科, 助教 (60742111)
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2016-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 形態進化 / 新奇形質 / 進化発生 / 昆虫 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、有翅昆虫と無翅昆虫の発生を比較することにより、翅の進化的起源およびその進化メカニズムを明らかにすることを目的とした。
多くの知見が蓄積されているキイロショウジョウバエの翅発生は、翅を獲得した直後の状態から大きく派生した発生様式であると考えられる。そこで、まず祖先的な有翅昆虫の発生レファレンスとして、不完全変態昆虫であるフタホシコオロギの翅発生を調査した。ショウジョウバエ翅原基のパターン形成に関わる遺伝子群のオルソログを同定し、フタホシコオロギ胚における発現パターンを調査した結果、翅形成に重要な役割を担う転写因子の空間的発現パターンが、胚期の時点ですでに形成されていることが明らかとなった。そこで、これらの転写因子をコードする遺伝子の機能阻害を行ったところ、孵化幼虫に胸部背板の形成異常が観察された。また、同個体の成虫は翅を大きく欠損した表現型を示したことから、不完全変態昆虫では、胚期に形成された背板コンパートメントの一部が翅へと分化することが示唆された。
マダラシミは翅が進化するより前に分岐した無翅昆虫の系統に属しており、生涯翅を形成することはない。無翅昆虫における保存性について調査する目的で、無翅昆虫マダラシミでフタホシコオロギと同様の遺伝子発現解析を行った結果、調査した転写因子の多くが有翅昆虫と類似した空間的発現パターンを示すことが明らかとなった。この結果は、翅を形成するための「場」自体は翅が進化する以前から存在しており、その発生の場の中で生じた変化によって翅が獲得されたことを示唆する。マダラシミは、翅が進化する以前の特徴を保持していると考えられ、有翅昆虫で翅が形成される位置には、側背版と呼ばれる背板の突出構造が形成される。本研究の遺伝子発現・機能解析の結果は、昆虫の翅が祖先昆虫の背板に由来するとする側背板説を支持している。
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