Postembryonic development of sex-pheromone processing pathway in a hemimetabolous insect

2022 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 19K06775
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 44050:Animal physiological chemistry, physiology and behavioral biology-related
• Research Institution: Fukuoka University
• Principal Investigator: Watanabe Hidehiro 福岡大学, 理学部, 助教 (90535139)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 西野 浩史 北海道大学, 電子科学研究所, 助教 (80332477)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: ワモンゴキブリ / 性フェロモン / 嗅覚受容体 / 後胚発生 / 嗅感覚細胞 / 性行動 / 不完全変態昆虫 / 脳

Outline of Final Research Achievements

In American cockroach Periplaneta americana, an unmated adult female emits two sex pheromone components, periplanone-A and -B (PA and PB). These collectively attract and elicit typical sexual behaviors to adult males but not nymphs. In this study, we identified PA- and PB-sensory neurons in nymphal males, and sensitivities of them are significantly increased at final molt. Next, we identified PA and PB receptors by combining RNAi knockdown of the male adult-biased olfactory receptor genes with electrophysiological studies. Using the PA or PB receptor knockdown cockroaches, we revealed that activation of the PB-sensory neurons was critical for the sexual behavior expression, whereas activation of the PA-sensory neurons suppressed the sexual behaviors elicited by the PB. Thus, in this study, we identified the sex pheromone processing from receptions to behaviors in the cockroach.

Free Research Field

神経行動学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究では、分子生物学と電気生理学を融合させることにより、ワモンゴキブリが用いる二種の性フェロモンの受容体を世界で初めて同定した。また、性フェロモン受容体遺伝子の発現を阻害することで、二種の性フェロモンの処理過程や行動学的役割の違いを明らかにした。特に、主成分であるペリプラノンBにより活性化される神経回路が性行動の発現に必須であり、副成分であるペリプラノンAはその神経回路を抑制することを見出した。本研究では、衛生害虫であるゴキブリの行動制御に成功しており、ゴキブリの駆除や誘引にも応用できるため、得られた研究成果は社会的にも大きなインパクトを与えるものである。