2018 Fiscal Year Research-status Report

The study of adaptation mechanisms of insect circadian clocks to the soil temperature environment

Research Project

Project/Area Number	17K07489
Research Institution	Ashiya University
Principal Investigator	宮崎洋祐芦屋大学, 経営教育学部, 非常勤講師 (40576039)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	後藤慎介大阪市立大学, 大学院理学研究科, 教授 (70347483) 渡康彦芦屋大学, 臨床教育学部, 教授 (80240539) 田中一裕宮城学院女子大学, 一般教育部, 教授 (00316415)
Project Period (FY)	2017-04-01 – 2020-03-31
Keywords	タマネギバエ / 羽化 / 温度較差 / 概日リズム / 温度サイクル
Outline of Annual Research Achievements	本研究は，タマネギバエの羽化のタイミングを制御する概日時計と温度変化の関係に注目した。このハエは，地下2～20 cmで羽化し，概日時計を地温の変化に同調させる。土中では深くなるほど温度変化の時刻は遅れてゆくが，同時に1日の温度較差（最高温度と最低温度の差）も小さくなる。タマネギバエは，温度較差が小さくなるほど温度変化に対する羽化時刻を早める（温度較差反応）ことで，どの深さにいても早朝に羽化できる。温度較差反応のしくみは不明であったが，調査を進めるうち，「土中の温度変化に適応した概日時計が，24時間より短い周期を持ち，温度較差の大きさに依存した後退反応を発達させたため」という仮説が考えられた。つまり，「土中の深いところでは小さな較差のために小さな後退が，浅いところでは大きな較差のために大きな後退が起こり，その結果，較差が小さいほど温度変化の時刻に対して羽化のタイミングが早くなる」というものである。そこで，概日時計の後退反応が起こらないと予想できる「24時間より少し短い温度サイクル」を設定した。仮説通り温度較差の大きさに依存した後退反応であれば，24時間より少し短い温度サイクルの下では較差に依存した羽化時刻設定は見られなくなるはずである。そこで，さまざまな周期（T時間）の温度サイクルを与える実験（T実験）を行った。異なる温度較差を持つ21，22，24時間周期の温度サイクル（平均25℃，全暗）の下で羽化時刻を記録したところ，温度較差反応はT=22で弱くなり，T=21で消失した。しかし，T=21では温度上昇直後に羽化のピークが来たため，温度上昇に羽化が直接誘発された可能性があった。温度較差反応はT=24の温度サイクルから一定温度に移し替えた後も見られるので，T=21の条件から25℃一定に移し替えたところ，温度較差反応は見られなかった。これらの結果は仮説を強く支持するものである。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason T実験に関しては，1時間ごとに温度を変化させる正弦波状温度サイクルでも実験を始めているが，温度変化の回数が大きいと，後退反応が起こりやすくなるようで，追加実験を行う必要がある。また，大きな温度較差を経験した後では，小さな温度較差に反応しにくくなるという新たな性質も見出された。この性質についても検証を行う予定であるが，全体として見ればおおむね順調に進展しているといえる。
Strategy for Future Research Activity	今後は，温度較差反応が起きるしくみについて，詳細な解析を進めつつ，別の性質についても検証する予定である。タマネギバエの概日時計は，1時間ごとに0.1℃変化して1日全体で1℃の温度較差を持った正弦波状温度サイクルに反応できる。しかし，0.1℃の温度変化に反応できるのか，それとも数時間～24時間の範囲での温度差に反応しているのか，まだわかっていない。これを明らかにすることも，土中温度環境への昆虫概日時計の適応機構を探る上で重要である。また，わずかな温度変化への応答性は土中では重要であるが，地上へ出た後はノイズとして処理する方が重要であると考えられる。そこで成虫活動の概日時計でも温度変化への応答性がどこまで有効か調査したい。さらに，大きな温度較差を経験した後に小さな温度較差に反応しにくくなるという性質は，入力系の感度だけでなく概日時計の振幅が関わっている可能性が考えられる。大きな温度較差によって概日時計の振幅が大きくなれば，リズムが増強され，弱い刺激に応答しにくくなる，という仮説である。この仮説についても検証を行いたい。仮説に従わない結果が得られた場合，仮説を棄却するか，もしくは部分的な修正を加えた仮説を立て，検証するための実験をそれまで得られた結果をもとにデザインし，実験してゆく。概日時計の振幅は1つの概日時計だけでなく，複数の概日時計の出力の積算であるという考えがある。このとき，強い概日リズムは複数の概日時計の間の同期性が高く，弱い概日リズムは概日時計の間の同期性が低いとみなせる。そこで，キイロショウジョウバエ成虫などで複数発見されている概日時計ニューロンを，羽化直前のタマネギバエでも見出し，概日時計ニューロン間の同期性の調査を行いたい。
Causes of Carryover	3月に出る論文の掲載料が3月初旬までページ数が未定であったため（ページ数によって掲載料が変わる），また3月中旬に依頼した英文校閲にかかる費用が確定していなかったため，少し余分に残しておいた分（22,352円）が宮崎（芦屋大）にあり，これは3月末の第63回日本応用動物昆虫学会大会の旅費などに部分的に使用する（芦屋大では3月15日分までを今年度の経費としたため）。また，38,533円が後藤（大阪市大）に残っており，概日時計関連タンパク質であるPERとPDFの二重染色に必要な二次抗体の購入に使用する。