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2013 Fiscal Year Annual Research Report

種特異的性行動を規定するfru遺伝子とfru神経回路の解明

Research Project

Project/Area Number 23220007
Research InstitutionTohoku University

Principal Investigator

山元 大輔  東北大学, 生命科学研究科, 教授 (50318812)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 木村 賢一  北海道教育大学, 教育学部, 教授 (80214873)
Project Period (FY) 2011-05-31 – 2016-03-31
Keywords脳・神経 / 発生・分化 / 遺伝学 / 遺伝子 / 細胞・組織
Research Abstract

本研究の到達目標は、種ごとに異なる行動様式がどのような神経回路レベルの変化に根差しているのかを特定し、その神経系の種差を生み出す遺伝的基盤の解明を通じて行動の多様化を導く進化機構を探究することである。平成25年度には、以下の3つのアプローチをとり、それぞれ記載の通りの実績を挙げた。
1. Drosophila subobscuraのfru神経回路をD. melanogasterに移築するアプローチsubobscuraのfru遺伝子の推定制御領域にGal4を接続した人工遺伝子、sub fru5’-Gal4をmelanogasterに導入し、それを用いてdTrpA1を強制発現することで、Gal4発現ニューロンの人為的活性化の効果を検討した。Gal4発現細胞の一括的活性化の結果、subobscuraに特徴的と思われる求愛行動要素が惹起され、さらにMARCMを用いた一部の細胞に限定的な活性化によっても、同様の行動が誘導できた。
2. Drosophila simulansとD. melanogasterの雑種個体の配偶者選択特性の分析遺伝学を縦横に駆使できるD. melanogasterには種間雑種個体の得られる同胞種が存在している。その一つ、simulansの雄は、melanogasterの雌には求愛しない。一方、melanogasterの雄は両種の雌に求愛する。種間雑種雄の配偶者選択を調べたところ、melanogaster雌には求愛しない“simulans型”であることが分かった。さらなる検討の結果、配偶者選択の種差は性フェロモンとして働く体表の炭化水素への反応の違いによって説明できる可能性が示唆された。そこでフェロモン受容ニューロンを標識した結果、種間雑種個体とmelanogasterとの間に相違を見出すに至った。
3. Drosophila subobscuraのゲノム改変による求愛行動の解析D. melanogasterに移築するのではなく、D. subobscuraそのものでの神経回路の解析を可能にすべく、subobscuraでの遺伝子操作を、CRISPR/Cas9によって行うことに着手した。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

1: Research has progressed more than it was originally planned.

Reason

当初の予定では、D. melanogasterにsubobscuraのfru推定調節領域を持ち込み、それによってGal4を発現させることによって、subobscura型の神経回路をmelanogasterというheterologousな環境で解析することを主眼としていた。このアプローチによる成果は予定通りに順調に得られている。subobscuraそのもので神経回路を解析することの重要性は自明であるものの、非モデル種のsubobscuraでの解析手法は極めて限られており、当初予定には含めていなかった。しかし、この1-2年のうちにCRISPR/Cas9の応用によって非モデル種の壁が著しく低くなるという予期せぬ状況の変化があり、さっそくsubobscuraを用いた変異誘発を開始して、すでに実用のめどを立てる段階に来た。この予想を超えた展開をもって上記の区分とした。

Strategy for Future Research Activity

Drosophila subobscuraのfru推定調節領域をD. melanogasterに導入、発現させてsubobscura型の求愛行動回路をmelanogasterに移築し、この行動を生み出す回路の種差を特定するアプローチでは、鍵となるニューロン群のMARCM法による同定を系統的に進める。対象とするには求愛行動の全ての行動要素を含めるが、なかでもsubobscuraのパターンを特徴づけるlicking、mid-leg swingに力を入れる。subobscuraとの比較で対照となるmelanogasterの対応ニューロンも未知のものが少なくないことから、melanogasterの雌雄で求愛行動制御ニューロンの同定を進める。
simulans/melanogaster種間雑種個体を用いたアプローチでは、雑種雄とmelanogaster雄とで差のある感覚ニューロンからフェロモン応答を記録して、その機能的差異を明らかにすることを目指す。
subobscuraそのものを用いて求愛行動制御回路を解明するアプローチでは、CRISPR/Cas9システムによるfru座のノックアウトを試み、同種でのfru変異体系統作出を目指す。また、劣性可視マーカー変異(white、yellowなど)系統の作出を試み、成功した場合には既存のmelanogasterのtransgeneをこれに挿入する。

  • Research Products

    (38 results)

All 2014 2013 Other

All Journal Article (9 results) (of which Peer Reviewed: 6 results,  Acknowledgement Compliant: 1 results) Presentation (25 results) (of which Invited: 5 results) Book (1 results) Remarks (3 results)

  • [Journal Article] Neuroethology of male courtship in Drosophila: from the gene to behavior.2014

    • Author(s)
      Yamamoto D., Sato K., and Koganezawa M.
    • Journal Title

      J. Comp. Physiol. A.

      Volume: 200 Pages: 251-264

    • DOI

      10.1007/s00359-014-0891-5

    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Btk29A promotes Wnt4 signaling in the niche to terminate germ cell proliferation in Drosophila.2014

    • Author(s)
      Hamada-Kawaguchi, N., Nore, B. F., Kuwada, Y., Smith, C. I. and Yamamoto, D.
    • Journal Title

      Science

      Volume: 343 Pages: 294-297

    • DOI

      10.1126/science.1244512

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] チロシンキナーゼBtk29Aはショウジョウバエの卵巣のニッチにおいてWntシグナル伝達系を増強することにより生殖幹細胞の増殖を停止させる.2013

    • Author(s)
      濱田(川口)典子,山元大輔.
    • Journal Title

      ライフサイエンス 新着論文レビュー

      Volume: - Pages: -

  • [Journal Article] Select interneuron clusters determine female sexual receptivity in Drosophila.2013

    • Author(s)
      Sakurai, A., Koganezawa, M., Yasunaga, K., Emoto, K. and Yamamoto, D.
    • Journal Title

      Nat. Commun.

      Volume: 4 Pages: 1825-1833

    • DOI

      10.1038/ncomms2837

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] 雌型脳と雄型脳.2013

    • Author(s)
      山元大輔, 佐藤耕世.
    • Journal Title

      Brain and Nerve

      Volume: 65 Pages: 1147-1158

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Genes and circuits of courtship behavior in Drosophila males.2013

    • Author(s)
      Yamamoto, D. and Koganezawa, M.
    • Journal Title

      Nat. Rev. Neurosci.

      Volume: 14 Pages: 681-692

    • DOI

      10.1038/nrn3567

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Genetic and neural bases for species-specific behavior in Drosophila species.2013

    • Author(s)
      Yamamoto, D. and Ishikawa, Y.
    • Journal Title

      J. Neurogenet.

      Volume: 27 Pages: 130-142

    • DOI

      10.3109/01677063.2013.800060

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] 遺伝子、脳、そして恋愛2013

    • Author(s)
      山元大輔.
    • Journal Title

      まなびの杜

      Volume: 65 Pages: 5

  • [Journal Article] 性行動の違いを生み出す分子機構.2013

    • Author(s)
      伊藤弘樹, 山元大輔.
    • Journal Title

      化学と生物

      Volume: 51 Pages: 686-692

  • [Presentation] 昆虫複眼レンズ表面のnipple構造形成機構.2014

    • Author(s)
      木村賢一, 南竜之介, 佐藤千晶, 山濱由美, 針山孝彦.
    • Organizer
      日本化学会 第94春季年会
    • Place of Presentation
      名古屋大学, 名古屋市
    • Year and Date
      20140327-20140327
    • Invited
  • [Presentation] Drosophila属非モデル種におけるCRISPR/Cas9システムを用いたゲノム編集.2014

    • Author(s)
      田中良弥, 鳥羽岳太, 山元大輔
    • Organizer
      平成26年度蚕糸・昆虫機能利用学術講演会
    • Place of Presentation
      日本大学生物資源科学部, 藤沢
    • Year and Date
      20140310-20140311
  • [Presentation] Formation of footpad during the pupal development in a fruit fly, Drosophila melanogaster.2014

    • Author(s)
      Kimura, K-I., Minami, R., Sato, C., Yamahama, Y. and Hariyama, T.
    • Organizer
      Joint international symposium on "Nature-inspired Technology (ISNIT) 2014" and "Engineering Neo-biomimetics V”
    • Place of Presentation
      Hokkaido University, Sapporo
    • Year and Date
      20140212-20140214
    • Invited
  • [Presentation] 性行動を生み出す脳と遺伝子の仕組み.2013

    • Author(s)
      山元大輔.
    • Organizer
      脳はおもしろい 新適塾
    • Place of Presentation
      豊中市, 大阪
    • Year and Date
      20131218-20131218
    • Invited
  • [Presentation] 拮抗的に働く2種類のクロマチン制御因子によってキイロショウジョウバエ脳の性差が形成される.2013

    • Author(s)
      伊藤弘樹, 佐藤耕世, 小金澤雅之, 大手学, 松本健, 浜千尋, 山元大輔.
    • Organizer
      第36回日本分子生物学会年会
    • Place of Presentation
      神戸ポートアイランド, 神戸
    • Year and Date
      20131203-20131206
  • [Presentation] L-leucine添加によるオートファジー不全改善とcathepsin Dの関連.2013

    • Author(s)
      柳澤比呂子, 山元大輔, 河上江美子, 遠藤堅太郎, 小松雅明, 渡部和彦.
    • Organizer
      第36回日本分子生物学会年会
    • Place of Presentation
      神戸ポートアイランド, 神戸
    • Year and Date
      20131203-20131206
  • [Presentation] The analysis of corneal lens formation in Drosophila melanogaster.2013

    • Author(s)
      南竜之介, 山濱由美, 佐藤千晶, 針山孝彦, 木村賢一.
    • Organizer
      第36回日本分子生物学会年会
    • Place of Presentation
      神戸ポートアイランド, 神戸
    • Year and Date
      20131203-20131206
  • [Presentation] Molecular neuroethology of Drosophila courtship: from the gene to behavior.2013

    • Author(s)
      Yamamoto, D.
    • Organizer
      Academia Sinca
    • Place of Presentation
      Academia Sinica(中央研究院), Taipei, Taiwan.
    • Year and Date
      20131108-20131108
    • Invited
  • [Presentation] Improved GRASP with cell markers and recombination-based expression systems.2013

    • Author(s)
      Toba, G. and Yamamoto, D.
    • Organizer
      Cold Spring Harbor Laboratory Meeting, Neurobiology of Drosophila.
    • Place of Presentation
      Cold Spring Harbor Laboratory, NY. USA.
    • Year and Date
      20131001-20131005
  • [Presentation] Sex-specific functions of longitudinals lacking.2013

    • Author(s)
      Sato, K., Toba, G., Ito, H., Koganezawa, M. and Yamamoto, D.
    • Organizer
      Cold Spring Harbor Laboratory Meeting, Neurobiology of Drosophila.
    • Place of Presentation
      Cold Spring Harbor Laboratory, NY. USA.
    • Year and Date
      20131001-20131005
  • [Presentation] ショウジョウバエの雄特異的行動を生み出すfruitless遺伝子とニューロンの性決定.2013

    • Author(s)
      山元大輔.
    • Organizer
      日本動物学会第84回年会
    • Place of Presentation
      岡山大学, 岡山
    • Year and Date
      20130926-20130928
    • Invited
  • [Presentation] ショウジョウバエの求愛/攻撃を制御する脳内fruitless発現ニューロン.2013

    • Author(s)
      小金澤雅之, 山元大輔.
    • Organizer
      日本動物学会 第84回年会
    • Place of Presentation
      岡山大学, 岡山
    • Year and Date
      20130926-20130928
  • [Presentation] 雌キイロショウジョウバエの産卵管突き出し行動に関与するdsx発現ニューロン.2013

    • Author(s)
      佐藤千晶, 小金澤雅之, 山元大輔, 木村賢一.
    • Organizer
      日本動物学会 第84回大会
    • Place of Presentation
      岡山大学, 岡山
    • Year and Date
      20130926-20130928
  • [Presentation] ショウジョウバエ肢先端部の付着器の形成機構2013

    • Author(s)
      南竜之介、山濱由美、佐藤千晶、針山孝彦、木村賢一.
    • Organizer
      日本動物学会 第84回大会
    • Place of Presentation
      岡山大学, 岡山
    • Year and Date
      20130926-20130928
  • [Presentation] 行動様式の性差を生み出す遺伝的プログラムと細胞間相互作用.2013

    • Author(s)
      佐藤耕世, 加藤貴大, 鳥羽岳太, 伊藤弘樹, 小金澤雅之, 山元大輔.
    • Organizer
      新学術領域「性差構築の分子基盤」第5回領域会議
    • Place of Presentation
      虹の松原ホテル, 佐賀県唐津市
    • Year and Date
      20130905-20130907
  • [Presentation] ショウジョウバエの求愛と攻撃を制御するフェロモン感受性介在ニューロンの同定.2013

    • Author(s)
      小金澤雅之, 山元大輔.
    • Organizer
      日本味と匂学会第47回大会
    • Place of Presentation
      仙台市民会会館, 宮城
    • Year and Date
      20130905-20130907
  • [Presentation] Molecular and cellular mechanisms generating sexual differences in neuronal structures and behavior of Drosophila.2013

    • Author(s)
      Sato, K., Kato, T., Toba, G., Ito, H., Koganezawa, M. and Yamamoto, D.
    • Organizer
      IDE(Intercalation, devlopment and evolution)研究会
    • Place of Presentation
      東京大学, 東京
    • Year and Date
      20130802-20130803
  • [Presentation] 強制活性化法を用いた求愛と攻撃を制御する中枢ニューロンの同定.2013

    • Author(s)
      小金澤雅之, 山元大輔.
    • Organizer
      平成25年度日本動物学会 東北支部大会
    • Place of Presentation
      秋田大学手形キャンパス・大学会館クレール,秋田
    • Year and Date
      20130720-20130720
  • [Presentation] The possible involvement of non-cell autonomous mechanism in the sex-specific neurite formation in Drosophila central neurons.2013

    • Author(s)
      Kato, T., Sato, K., and Yamamoto, D.
    • Organizer
      Neuro 2013 Kyoto
    • Place of Presentation
      国立京都国際会館, 京都
    • Year and Date
      20130620-20130622
  • [Presentation] Dynamic activities of interneurons that trigger male courtship revealed by in vivo calcium imaging in Drosophila.2013

    • Author(s)
      Kohatsu, S. and Yamamoto, D.
    • Organizer
      Cell Symposia: Genes, Circuits and Behavior.
    • Place of Presentation
      Sheraton Centre Toronto Hotel, Toronto, Canada
    • Year and Date
      20130602-20130604
  • [Presentation] 種間雑種の行動を規定するゲノム・遺伝子相関の解明.2013

    • Author(s)
      山元大輔.
    • Organizer
      平成25年度「ゲノム・遺伝子相関」班会議
    • Place of Presentation
      ANAクラウンプラザホテル神戸, 兵庫
    • Year and Date
      20130602-20130604
  • [Presentation] A possible role of cell-cell interactions in shaping sexually dimorphic neuronal structure.2013

    • Author(s)
      Kato, T., Sato, K. and Yamamoto, D.
    • Organizer
      APDRC2(第2回アジア太平洋ショウジョウバエ研究会)
    • Place of Presentation
      Seoul National University, Korea
    • Year and Date
      20130513-20130516
  • [Presentation] Characterization of platonic, a Drosophila mutant defective in copulation.2013

    • Author(s)
      Yilmazer, Y., Toba, G. and Yamamoto, D.
    • Organizer
      APDRC2(第2回アジア太平洋ショウジョウバエ研究会)
    • Place of Presentation
      Seoul National University, Korea
    • Year and Date
      20130513-20130516
  • [Presentation] A possible non-cell-autonomous mechanism that mediates the formation of sex differences in fruitless-expressing neurons.2013

    • Author(s)
      Kato, T., sato, K. and Yamamoto, D.
    • Organizer
      NIH-Tohoku University-JSPS国際シンポジウム
    • Place of Presentation
      Tohoku University, Miyagi
    • Year and Date
      20130509-20130510
  • [Presentation] Genetic analysis of platonic, a Drosophila mutant defective in copulation.2013

    • Author(s)
      Yilmazer, Y., Toba, G. and Yamamoto, D.
    • Organizer
      NIH-Tohoku University- JSPS Symposium
    • Place of Presentation
      Tohoku University, Miyagi
    • Year and Date
      20130509-20130510
  • [Book] Pheromone Signaling2013

    • Author(s)
      Yamamoto, D., Kohatsu, S. and Koganezawa, M.
    • Total Pages
      1068(261-272)
    • Publisher
      Humana Press, Springer
  • [Remarks] 東北大 細胞の増殖にブレーキ、卵巣の腫瘍を防ぐ遺伝子メカニズムを解明(QLifePro)

    • URL

      http://www.qlifepro.com/news/20140127/genetic-mechanisms-prevent-the-brake-ovarian-tumor-cell-proliferation.html

  • [Remarks] 東北大、増殖にブレーキをかけ卵巣の腫瘍を防ぐ遺伝子の仕組みを解明(日経プレスリリース)

    • URL

      http://release.nikkei.co.jp/detail.cfm?relID=353156&lindID=5

  • [Remarks] 東北大、増殖に歯止めをかけて卵巣の腫瘍化を防ぐ仕組みを解明(マイナビニュース)

    • URL

      http://news.mynavi.jp/news/2014/01/17/448/

URL: 

Published: 2015-05-28  

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