2021 Fiscal Year Annual Research Report
Spectral opponency in photoreceptors : neuroethological analysis
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18H05273
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| Research Institution | The Graduate University for Advanced Studies |
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Principal Investigator |
蟻川 謙太郎 総合研究大学院大学, 先導科学研究科, 教授 (20167232)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
松下 敦子 総合研究大学院大学, 先導科学研究科, 講師 (50450416)
木下 充代 総合研究大学院大学, 先導科学研究科, 准教授 (80381664)
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| Project Period (FY) |
2018-06-11 – 2023-03-31
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| Keywords | 昆虫 / 色覚 / 視細胞 / 視葉板 / 波長対比性 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
私たちは、昆虫の色覚神経機構と進化に関する研究の一環として、視葉板における視細胞間シナプスに着目している。視細胞間シナプスは抑制性で、アゲハで我々が発見したものである。優れた色覚をもつアゲハは色覚研究のモデル種で、複眼には分光感度の違う６種の視細胞がある。視細胞が抑制し合うと何が起こり、 二次ニューロンLMCには何が伝達されるのか？このシナプスはハエの視葉板にはない。ハエでは視葉板に入る視細胞の分光感度がみな同じで、視葉板と色覚の関係が薄いためと考えられる。本研究では、アゲハの視細胞間シナプスは色覚神経機構の重要な要素と考え、視葉板における波長情報処理の機構を詳しく調べている。アゲハについては、１）視細胞の波長対比性、２）LMCにおける波長情報処理、また色覚の進化を解明するために、３）視葉板回路の比較研究も進めている。
１）については2019年、８種の波長対比性の反応を記載した論文を出版した。2021年度はアゲハ視細胞とLMCのシナプス結合を網羅的に解明したコネクトームの結果を詳細に解析し、独立の論文として出版した。２）では、LMCの分光感度と形態の関係を解析した。コネクトームではLMCに形態の異なる５種を同定したが、分光感度は細胞形態との関係は無く、むしろ入力視細胞の分光感度を規定する“個眼タイプ”との関係が深いことが分かった。また、動き知覚ニューロンの波長感受性が、行動実験とよく合致することを突き止め、論文としてまとめた。３）では、モンシロチョウとミツバチの視葉板連続電顕画像の解析に着手した。すでにアゲハとの顕著な差が見つかっており、進化学的にも興味深い。比較研究の一環として、２種のヒョウモンチョウで、視細胞分光感度の性差を検証した。いずれもオスでより多様な視細胞が認められた。生理光学実験の結果と併せて論文を出版した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
本年度は、１００％のエフォートで参画する博士研究員２名とともに進めた。１名は動き感受性ニューロンの波長感受性の解析、もう１名はLMCの分光感度解析に従事した。動き感受性ニューロンの波長感受性についてはすでに論文を出版することができた。ＬＭＣの分光感度解析については論文を執筆中で、いずれも当初の期待を上回る進捗があった。解剖学的知見については、アゲハ視葉板コネクトームの論文として公表した。
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| Strategy for Future Research Activity |
本研究で推進する研究項目は、１）視細胞波長対比性、２）LMCにおける波長情報処理、３）視葉板カートリッジ構造の多様性である。１）と２）については電気生理と遺伝子編集の方法で実験を進めてきたが、CRISPR-Cas9法でチャネルをノックアウトしたアゲハの系統を確立する試みはいずれもF2に到達することなく死滅する事態に直面した。慎重に検討した結果、本研究で対象にしている遺伝子については、仮に系統が確立されてもその維持は不可能と判断した。そこで、研究の主力を電気生理学実験に移し、LMC分光感度と、動き感受性ニューロンの波長感受性の詳細な解析を行う方向に転換する。いずれも全く新しい知見の創出につながると期待される。３)ではこれまでにSBF-SEMで得た視葉板画像データの解析を進める。一方、本研究の期間内にあと３種ほどから視葉板の解剖データを集め、必要に応じて部分的な解析を行って、研究目的の達成をはかる。
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