Molecular mechanisms underlying structural color of scarab beetles and its evolution

2021 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 19K22440
• Research Category: Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Medium-sized Section 44:Biology at cellular to organismal levels, and related fields
• Research Institution: National Agriculture and Food Research Organization
• Principal Investigator: Kamimura Manabu 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, グループ長 (60370649)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 鈴木 倫太郎 国立研究開発法人農業・食品産業技術総合研究機構, 高度分析研究センター, 上級研究員 (00399429) ; 石川 謙 東京工業大学, 物質理工学院, 准教授 (10176159) ; 安藤 俊哉 基礎生物学研究所, 進化発生研究部門, 助教 (10709744)
• Project Period (FY): 2019-06-28 – 2022-03-31
• Keywords: 構造色 / コガネムシ / 円偏光 / 進化 / 天然変成タンパク質

Outline of Final Research Achievements

All the insect species had the homolog of the LCP1 gene, which has been identified as the gene necessary for structural coloration in the flower chafer Cetonia pilifera. RNAi knockdown of LCP1 widely abolished the structural color of scarab beetles, but not in beetles of other families. On the other hand, LCP1 RNAi suppressed the coloration of the mandibles of various beetles. These results suggest scarab beetles coopted the LCP1 gene, which is originally involved in the developmental regulation of the mandibles, for the structural coloration.

Free Research Field

昆虫分子生物学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

構造色はテレビの自然番組などでもよく紹介されるように幅広い興味を持たれている現象であるが、いまだにわかっていることは非常に少ない。本研究により、世界で初めて、生物がどのような遺伝子を使ってどのように構造色発色構造を作り、その構造色機構がどのように進化してきたかを明らかにする事ができた。本研究の成果は、安価で環境にやさしい生物材料を使い低エネルギー、CO2フリーで構造色素材や光学補償板などの光学素子を作製する新規の生物模倣技術の開発につながることも期待される。