Evolutionary origin of insect metamorphosis: Insights from ametabolous insects

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 20H02999
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 39050:Insect science-related
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: Daimon Takaaki 京都大学, 農学研究科, 教授 (70451846)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: 昆虫 / 変態 / ホルモン / 進化 / ゲノム

Outline of Final Research Achievements

The aim of this study was to elucidate the evolutionary origins of insect metamorphosis. Using the ametabolous insect Thermobia domescita as a model, we established precise staging and egg collection methods. We investigated expression patterns of genes involved in molting and metamorphosis and found that the expression patterns of genes in the JH pathway were significantly different between ametabolous and hemimetabolous/holometabolous insects. We established methods for gene editing and transgenesis in Thermobia, and found that the adult specifier gene E93 played a key role in the evolution of insect metamorphosis, and that changes in its regulation and expansion of its functions have driven the evolution of insect metamorphosis. Our findings provide important insights into the long-standing mystery of the evolution of insect metamorphosis.

Free Research Field

昆虫生理学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

昆虫は熱帯から極地にわたって多様な環境に適応しており、この高い適応力の基盤となったものが「変態」の進化である。昆虫は変態することで個体発生の間にその形態や生理生態を大きく変化させる。変態は幼虫と成虫とが異なるニッチに進出することを可能にし、そして昆虫の著しい種分化と適応放散の原動力となってきた。しかし、昆虫がどのようにして変態する能力を獲得したのか？という問いは未解決のまま残されてきた。本課題では、この謎を解くための大きな手がかりを得ることができた。今後さらに研究を深めることにより、昆虫を含む節足動物全体の進化プロセスの解明や、昆虫の様々な生理学的形質の人為制御の道が拓かれるものと期待される。