Regulatory mechanism of sterile-caste differentiation in social insects with soldier-first eusociality

2021 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 19H03273
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 45020:Evolutionary biology-related
• Research Institution: University of Toyama
• Principal Investigator: Maekawa Kiyoto 富山大学, 学術研究部理学系, 准教授 (20345557)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 沓掛 磨也子 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 生命工学領域, 研究グループ付 (90415703) ; 矢口 甫 関西学院大学, 理工学部, 研究員 (10803380) ; 増岡 裕大 国立研究開発法人農業・食品産業技術総合研究機構, 生物機能利用研究部門, 研究員 (80816950)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: 社会性昆虫 / カースト分化 / 兵隊 / 脱皮ホルモン / 幼若ホルモン / 次世代DNAシーケンサー（NGS) / RNA-seq

Outline of Final Research Achievements

The most important feature of eusociality is the division of lavor among individuals, namely the presence of reproductive and sterile castes. In ants, bees and wasps, the worker caste is regarded as the first acquired permanently sterile caste (worker-first eusociality). However, the soldier caste is regarded as the first sterile caste in termites and aphids (soldier-first eusociality). We intended to clarify the common developmental and physiological bases during soldier formation in termites and aphids. Independent genomic and transcriptomic analyses on the soldier-destined individuals strongly suggest that specific ecdysone signaling is required for soldier formation both in termites and aphids. Especially in aphids, we could accumulate available resources of new genome sequences and gene expression profiles. Using these information, we will discuss on the commonalities and differences of social evolutionary mechanisms between the worker-first and soldier-first eusocial lineages.

Free Research Field

昆虫生態学，進化発生学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

代表的な社会性昆虫のシロアリやアブラムシでは，進化の過程で最初に獲得された不妊カースト（自らは繁殖しない利他的な個体）は兵隊である。系統的に離れた両者の兵隊分化には，共通した発生・生理的な基盤があるのかは不明だった。そこで，兵隊分化の予定個体を予め特定できる実験系を用いて，シロアリとアブラムシのそれぞれで解析を行った。その結果，どちらも脱皮ホルモン（エクダイソン）のシグナル経路が特異的に活性化することが重要であることが示唆された。一方，幼若ホルモンの役割には違いがある可能性も示された。アブラムシは特に分子情報が不足していたが，新規ゲノム配列を含む多くの重要なリソースを整備することができた。