The multiple oscillatory system that drives insect circadian rhythms: Interaction between the compound eye clock and the optic lobe clock

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 21K06267
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 44050:Animal physiological chemistry, physiology and behavioral biology-related
• Research Institution: Okayama University
• Principal Investigator: Tomioka Kenji 岡山大学, 環境生命自然科学研究科, 特命教授 (30136163)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: 概日時計 / 視葉 / 複眼 / 時計間相互作用 / 自由継続周期 / 周期の安定性 / コオロギ

Outline of Final Research Achievements

The interaction between central and peripheral clocks was investigated using the compound eye (CE) clock and optic lobe (OL) clock system in the cricket, Gryllus bimaculatus. Under DD at 30°C, the optic nerve severance resulted in longer free-running periods (τ) of the locomotor rhythm driven by the OL clock and a significantly greater daily fluctuation of τ, expressed as SD or CV. A similar result was obtained when the CE clock was stopped by local RNAi treatment of the period gene. These results suggest that the CE clock controls τ and its stability of the OL clock via neural pathway. Since the OL clock is known to control the CE clock via a neural pathway, the two clocks are reciprocally coupled to form a stable oscillatory system.

Free Research Field

時間生物学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

これまでに昆虫の中枢時計と末梢時計との関係については、ハエで複眼、脚等にある末梢時計が中枢時計とは独立して振動していること、またゴキブリでは触角の化学感覚受容リズムが視葉時計に強く依存しており、視葉切除後は無周期となることなどが示されている。しかし、末梢時計から中枢時計への制御や末梢時計と中枢時計との相互作用については、未解明である。本研究は、コオロギ複眼時計―視葉時計系を対象として、抹消時計から中枢時計への制御があることを初めて示すとともに、中枢時計と末梢時計が相互作用を介して、安定な振動系を構築することを初めて明らかにした。この成果は、他の動物での複数振動体系研究の指針となるものである。