2020 Fiscal Year Research-status Report
社会性ハチ類における脳内ドーパミン系のカースト差とその生理過程の解明
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20K06077
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| Research Institution | Tamagawa University |
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Principal Investigator |
佐々木 謙 玉川大学, 農学部, 教授 (40387353)
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2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | ドーパミン / 生体アミン / カースト / 社会性昆虫 / 脳 / 昆虫 / 行動 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
令和2年度はセイヨウミツバチとクロマルハナバチの2種において、脳内ドーパミン量のカースト差の行動学的意義とカースト差が生じる要因について調査した。
セイヨウミツバチ雌において、幼虫の人工育成を行い、成虫の外部形態（大顎）、および内部形態（卵巣小管数・受精嚢直径）を野外巣のワーカーと女王、および人工育成ワーカーと1.5倍量の餌を給餌した雌で比較した。その結果、1.5倍餌雌は外部・内部形態において、野外巣のワーカーと女王の中間の特徴を備えていた。この中間型雌の脳内ドーパミン量を調べたところ、野外巣のワーカーと女王の中間量であった。また、中間型雌の脳内ドーパミン量は外部・内部形態の評価値と正の相関を示した。中間型雌間で対戦実験を行ったところ、勝者の脳内ドーパミン量は敗者や攻撃性を示さなかった個体の脳内量より有意に多かった。このように、脳内ドーパミン量はカースト特異的な外部・内部形態と関連しており、女王に特異的な攻撃行動に関わる可能性が示唆された。さらに、中間型雌の脳内ドーパミン量は脳内チロシン量やDOPA量と正の相関が見られ、女王の高い脳内ドーパミン濃度が幼虫期の餌に含まれるチロシンに由来する可能性が示唆された。
クロマルハナバチにおいて、ワーカー・生殖雌の羽化個体間で脳内ドーパミン量を比較した。生殖雌の脳内ドーパミン量やチロシン量はワーカーよりも有意に多く、ドーパミン量のカースト差はセイヨウミツバチのそれよりも小さかった。この結果はカースト分化の程度と関係している可能性がある。脳内での遺伝子発現量をRNA-seq法により網羅的に調査したところ、栄養代謝系の遺伝子群の発現量が生殖雌で多く、その結果はqPCR法でも確認された。
以上のように、社会性ハナバチ類2種において、脳内ドーパミン量のカースト差が見られ、幼虫期に摂取したチロシン量がカースト差の生じる要因の一つとして示唆された。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
現在、セイヨウミツバチとクロマルハナバチの社会性ハナバチ類2種を用いて研究を進めている。両種において、脳内ドーパミン量にカースト差があることを示すことができ、種間比較により、進化的にカースト分化の程度が進んでいると考えられるセイヨウミツバチでカースト差がクロマルハナバチよりも大きいことを明らかにした。また、ドーパミンの前駆物質でかつ幼虫期の餌に含まれていると考えられるチロシン量にもカースト差が見られることから、餌摂取（栄養摂取）が脳内ドーパミン量のカースト差を生む要因の一つであることを2種で示した。これらの成果は今後この研究課題を進める上で、非常に重要な発見であり、これらの知見を令和2年度の後半に論文として発表した（セイヨウミツバチ：Sasaki and Harada, 2020, PLoS ONE, vol. 15, e0244140; クロマルハナバチ：Sasaki et al., 2021, Scientific Reports, vol. 11, 5526）。さらに、クロマルハナバチにおいては、RNA-seq法の結果から、遺伝子の配列情報を得ることができ、qPCR法によるドーパミン関連遺伝子の発現量の調査やin situ hybridizationのプローブ作成が可能になり、今後の実験のための準備が順調に進んでいる。
セイヨウミツバチにおいては、変態期で脳内ドーパミン量のカースト差が生じる過程をすでに報告しているが、クロマルハナバチにおいては、まだ変態期の脳内ドーパミン量に関する調査がない。今後、この知見を得ることにより、変態期でのカースト差が生じる過程を両種で比較できるようになり、この実験についても着手している。
以上のことから、この課題は計画通り順調に進展していると言える。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後の研究計画として、セイヨウミツバチのワーカーを用いて、蛹期にエクジステロイドを投与し、脳内ドーパミン量への影響を調査する。予備実験ではエクジステロイドの注入と塗布の両方を試しており、塗布の方でエクジステロイドが持続的に作用することから、塗布実験を本格的に行う。またDOPA脱炭酸酵素遺伝子（DDC）とエクジステロイドレセプター遺伝子（EcdR）のRNAプローブ作製とin situ hybridizationによる二重染色をワーカーの蛹の凍結切片標本を用いて行い、染色条件を決定する。その後、女王の蛹の凍結切片標本を用いて同様の染色を行う。
さらにミツバチの変態期から成虫期における女王の脳内ドーパミンの役割を検証するために、雌幼虫から女王の人工育成を行い、ドーパミン合成を阻害した蛹を実験的に育成し、その成虫の行動形質を解析する。人工育成の餌にドーパミン合成阻害剤を混ぜ、雌幼虫に摂食させることにより、蛹期のドーパミン合成の阻害を試みる。
クロマルハナバチにおいては、脳内ドーパミン量のカースト差が生じる過程を明らかにするために、ワーカー・女王の発生ステージの異なる蛹を採集し、脳内ドーパミン量を比較する。さらに変態期におけるドーパミン関連遺伝子の発現量の比較やセイヨウミツバチで行うDDCとEcdRのin situ hybridizationによる二重染色をマルハナバチでも試みる。
さらにマルハナバチの成虫期における女王の脳内ドーパミンの役割を検証するために、ワーカーと未交尾女王との行動の違いを調査し、ドーパミンの関与について調査する。
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| Causes of Carryover |
令和3年2月に投稿論文の掲載料と3月に英文校閲料をクレジットカード支払で立替払したため、引落し時期が翌年度になってしまい、令和2年度の使用額に残額が生じた。この精算は令和3年4～5月に行われる予定であり、令和3年度の使用額に大きな変更は生じない。
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[Journal Article] Diet choice: The two-factor host acceptance system of silkworm larvae2020
Author(s)
Tsuneto, K., Endo, H., Shii, F., Sasaki, K., Nagata, S., Sato, R.
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Journal Title
PLoS Biology
Volume: 18
Pages: e3000828
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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