Evolutionary constraints of wing reduction in Lepidoptera: Molecular and cellular developmental study

2022 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 19K06791
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 45020:Evolutionary biology-related
• Research Institution: Tokyo Metropolitan University
• Principal Investigator: Niitsu Shuhei 東京都立大学, 理学研究科, 客員研究員 (70446524)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 杉本 貴史 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, 契約研究員 (20726707)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: チョウ目昆虫 / 翅の退化 / 性的二型 / 進化的制約 / プログラム細胞死 / アポトーシス / 翅退縮 / 発生拘束

Outline of Final Research Achievements

Some species of insects in the order Lepidoptera have secondarily evolved to reduce their wings during their course of evolution. However, the cellular and molecular mechanisms of wing reduction during metamorphosis have remained poorly understood. Wing degeneration primarily occurs in females. Although there are patterns such as winglessness, vestigial wings, and short wings in the regression stages, we inferred that wing degeneration follows a biased developmental process involving wing development similar to winged males until the pupal stage, followed by programmed cell death leading to the regression of wing primordia. Additionally, this study represents the first attempt in Lepidoptera to investigate gene expression patterns using molecular developmental techniques. These findings are crucial for understanding the secondary wing degeneration in insects and its evolutionary implications.

Free Research Field

昆虫進化発生学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

翅の退化は主にメス特異的に生じる。その退行段階には、無翅、痕跡翅、短翅などのパターンがあるものの、翅退縮には一旦蛹期まで有翅のオスと同様に翅を発達させた後にプログラム細胞死により翅原基が退縮するという共通する偏向的な発生過程を経ることが分かった。このことは進化の過程で祖先型の有翅から短翅・無翅型へどのように退行的な進化が生じたかを推測する手掛かりが得られた。また本研究ではチョウ目昆虫としては初めて遺伝子発現パターンについて分子発生学的な手法を用いて研究に取り組んだ。これらの研究成果は、昆虫の二次的な翅の退化についての進化を理解する上でも重要な知見である。