Genetic mechanism of parallel evolution of mimicry supergene in swallowtail butterflies

2022 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 20H00474
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Medium-sized Section 45:Biology at organismal to population levels and anthropology, and related fields
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: Fujiwara Haruhiko 東京大学, 大学院新領域創成科学研究科, 教授 (40183933)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: スーパージーン / 擬態 / アゲハチョウ / 平行進化 / 遺伝子機能 / 染色体逆位 / 相同組換え

Outline of Final Research Achievements

Some complex adaptive traits, such as mimicry, are controlled by groups of contiguous genes on a chromosome called ``supergene''. Chromosomal inversions suppress recombination in many supergenes, such as the region responsible for Batesian mimicry in Papilio polytes, but are absent in a mimicry supergene in the closely related Papilio machaon. In this study, we clarified for the first time that multiple genes that constitute the mimicry supergenes of these two species are involved in mimicry pattern formation. In addition, we clarified the genetic background and evolutionary process of parallel evolution of Batesian mimicry by comparing the structures of mimicry supergenes of related species of swallowtails.

Free Research Field

進化遺伝学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

スーパージーンは90年以上前に提唱された遺伝学的概念だが、その実体についてはほとんど実証されていなかった。近年、ゲノム解析の劇的な進展により、数多くの複雑な適応形質がスーパージーンで制御されていることが明らかになったが、スーパージーン内の遺伝子の機能や逆位の役割が明瞭になったものはない。本研究は、スーパージーン内外の複数の遺伝子が適応形質を生み出していること、さらに逆位の外側の遺伝子も形質発現に関与していることを、スーパージーンでは初めて実証した。また、シロオビアゲハとナガサキアゲハの擬態スーパージーンがどのように進化したかをゲノム構造の比較から明瞭にした。