共生細菌による宿主性スペクトラムの撹乱

• Project Area: Spectrum of the Sex: a continuity of phenotypes between female and male
• Project/Area Number: 17H06431
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Biological Sciences
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 勝間 進 東京大学, 大学院農学生命科学研究科(農学部), 教授 (20378863)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 木内 隆史 東京大学, 大学院農学生命科学研究科(農学部), 助教 (60622892)
• Project Period (FY): 2017-06-30 – 2022-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2021)
• Budget Amount: ¥111,020,000 (Direct Cost: ¥85,400,000、Indirect Cost: ¥25,620,000); Fiscal Year 2021: ¥22,880,000 (Direct Cost: ¥17,600,000、Indirect Cost: ¥5,280,000); Fiscal Year 2020: ¥22,880,000 (Direct Cost: ¥17,600,000、Indirect Cost: ¥5,280,000); Fiscal Year 2019: ¥22,880,000 (Direct Cost: ¥17,600,000、Indirect Cost: ¥5,280,000); Fiscal Year 2018: ¥22,880,000 (Direct Cost: ¥17,600,000、Indirect Cost: ¥5,280,000); Fiscal Year 2017: ¥19,500,000 (Direct Cost: ¥15,000,000、Indirect Cost: ¥4,500,000)
• Keywords: 共生細菌 / ボルバキア / 性決定 / 性スペクトラム / チョウ目昆虫 / 性操作 / アワノメイガ / カイコ / 遺伝子量補償 / オス殺し / Masc / Masculinizer / doublesex / 性分化

Outline of Annual Research Achievements

共生細菌ボルバキアは宿主の性や生殖システムを巧みに操作することから「動物界で最も成功している寄生者」といわれている。我々は、カイコにおける研究結果をヒントにして、ボルバキアが宿主のオス化と遺伝子量補償を担うMasc遺伝子の発現を低下させることで遺伝子量補償機構を破綻させ、「オス殺し」を引き起こしていることを明らかにした。しかし、ボルバキアがもつMasc制御因子の同定には至っていない。本研究では、寄生者であるボルバキアがいかにして宿主の性スペクトラム上の位置を撹乱し、個体の性を制御するのかを解明する。今年度は以下の成果を得た。

・昨年度樹立に成功したアワノメイガ胚子由来培養細胞を用いて、OfMascのオス化能を検討した。カイコ培養細胞ではOfMascの導入によりdsxのオス型スプライシングが検出されたが、アワノメイガ培養細胞では見られなかった。小分子RNAの解析結果と併せて考えると、アワノメイガにおける性決定カスケードは、カイコとは異なることが示唆された。
・ボルバキア感染胚子のトランスクリプトームからボルバキア由来配列を同定し、他のボルバキアと相同性が高くない遺伝子を約200種類選択し、昆虫細胞発現用ベクターにクローニングした。それらをアワノメイガ胚子由来培養細胞に導入し、ボルバキア遺伝子のオス殺し能の検討ができないか調査した。しかし、明確にオス化を抑制するクローンは得られなかった。一方、顕著に細胞増殖を抑制するクローンを2種類得ることに成功した。
・カイコのpiRNA経路関連遺伝子のKO系統を作成し、その表現型を詳細に解析した。その結果、体細胞組織における性分化にpiRNA経路が関わることを明らかにすることができた。また、カイコのおける体細胞piRNAと生殖細胞piRNAの比較を行いことに成功した。現在、論文を作成中である。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

カイコ、アワノメイガ、エリサンなどを用いたMasc依存的性決定機構の解析が着実に進展している。「オス殺し」ボルバキアの配列情報も整備が進んでいる。ボルバキア遺伝子の機能解析を行う上で重要であるアワノメイガ由来培養細胞の樹立に成功し、アッセイ系の構築に目処が立った。

Strategy for Future Research Activity

チョウ目昆虫におけるMasc依存的性決定機構について、共通点と相違点を明らかにすると共に、それを決定している分子を同定する。また、ボルバキアの「オス殺し」に関与する遺伝子のスクリーニングをさらに進める。

Research Products

• [Journal Article] Zucchini consensus motifs determine the mechanism of pre-piRNA production (2020)
  • Author(s): Izumi Natsuko、Shoji Keisuke、Suzuki Yutaka、Katsuma Susumu、Tomari Yukihide
  • Journal Title: Nature Volume: 578 Pages: 311-316
  • DOI: 10.1038/s41586-020-1966-9
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Masc-induced dosage compensation in silkworm cultured cells (2019)
  • Author(s): Katsuma S, Shoji K, Sugano Y, Suzuki Y, Kiuchi T
  • Journal Title: FEBS Open Bio Volume: 9 Pages: 1573-1579
  • DOI: 10.1002/2211-5463.12698
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Two CCCH-type zinc finger domains in the Masc protein are dispensable for masculinization and dosage compensation in Bombyx mori (2019)
  • Author(s): Kiuchi T, Sugano Y, Shimada T, Katsuma S
  • Journal Title: Insect Biochem Mol Biol Volume: 104 Pages: 30-38
  • DOI: 10.1016/j.ibmb.2018.12.003
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 日本の研究者たちが主導したカイコの性決定研究 (2019)
  • Author(s): 勝間進
  • Journal Title: PJAニュースレター Volume: 11 Pages: 7-8
  • Open Access
• [Journal Article] Unique sex determination system in the silkworm, <i>Bombyx mori</i>: current status and beyond (2018)
  • Author(s): Katsuma S, Kiuchi T, Kawamoto M, Fujimoto T, Sahara K
  • Journal Title: Proc. Jpn. Acad., Ser. B Volume: 94 Issue: 5 Pages: 205-216
  • DOI: 10.2183/pjab.94.014
  • NAID: 130006733759
  • ISSN: 0386-2208, 1349-2896
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] In vivo masculinizing function of the Ostrinia furnacalis Masculinizer gene (2018)
  • Author(s): Fukui T, Kiuchi T, Shoji K, Kawamoto M, Shimada T, Katsuma S
  • Journal Title: Biochem Biophys Res Commun Volume: 503 Pages: 1768-1772
  • DOI: 10.1016/j.bbrc.2018.07.111
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Accumulation of uric acid in the epidermis forms the white integument of Samia ricini larvae (2018)
  • Author(s): Lee J, Kiuchi T, Kawamoto M, Shimada T, Katsuma S
  • Journal Title: PLoS One Volume: 13
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0205758
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] アワノメイガ類における共生細菌ボルバキアによる雄殺しの分子メカニズム (2018)
  • Author(s): 木内隆史・勝間進
  • Journal Title: Sanshi-Konchu Biotec Volume: 87 Issue: 3 Pages: 159-164
  • DOI: 10.11416/konchubiotec.87.3_159
  • NAID: 130007791176
  • ISSN: 1881-0551, 1884-7943
  • Open Access
• [Journal Article] カイコ性決定遺伝子の同定とチョウ目昆虫における性操作技術の開発 (2018)
  • Author(s): 勝間進
  • Journal Title: JATAFFジャーナル Volume: 6
• [Journal Article] 共生細菌ボルバキアによる「オス殺し」 (2017)
  • Author(s): 木内隆史
  • Journal Title: アグリバイオ Volume: 14 Pages: 17-21
• [Presentation] アワノメイガ共生Wolbachiaが持つオス殺し因子のスクリーニング (2020)
  • Author(s): 室智大、松田(今井)典子、疋田弘之、木内隆史、勝間進
  • Organizer: 令和2年度蚕糸・昆虫機能利用学術講演会（日本蚕糸学会第90回大会）
• [Presentation] Wolbachiaによる宿主性決定因子のコントロール (2020)
  • Author(s): 松田(今井)典子、廣田加奈子、木内隆史、勝間進
  • Organizer: 令和2年度蚕糸・昆虫機能利用学術講演会（日本蚕糸学会第90回大会）
• [Presentation] アワノメイガとカイコのMasc依存的性決定システムの比較 (2020)
  • Author(s): 勝間進、松田(今井)典子、庄司佳祐、廣田加奈子、木内隆史
  • Organizer: 令和2年度蚕糸・昆虫機能利用学術講演会（日本蚕糸学会第90回大会）
• [Presentation] The Fem piRNA-Masc system determines the sex in Bombyx mori (2019)
  • Author(s): Katsuma S
  • Organizer: International symposium involving Chinese and Japanese insect virologists
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Sex determination in Samia ricini (2019)
  • Author(s): J. Lee, T. Shimada, T. Kiuchi, S. Katsuma
  • Organizer: 日本比較生理生化学会第41回東京大会
  • Invited
• [Presentation] The molecular mechanism of Wolbachia-mediated male-killing in Ostrinia moths (2019)
  • Author(s): T. Kiuchi, S. Katsuma
  • Organizer: 日本比較生理生化学会第41回東京大会
  • Invited
• [Presentation] Mascによる遺伝子量補正はどちらのZ染色体にはたらくか？ (2019)
  • Author(s): 木内隆史・川本宗孝・鈴木穣・嶋田透・勝間進
  • Organizer: 平成31年度蚕糸・昆虫機能利用学術講演会
• [Presentation] エリサンの性決定機構の解明 (2019)
  • Author(s): 李允求・木内隆史・嶋田透・勝間進
  • Organizer: 平成31年度蚕糸・昆虫機能利用学術講演会
• [Presentation] カイコのオス化と遺伝子量補償を担うMascの作用機序 (2019)
  • Author(s): 木内隆史
  • Organizer: 性スペクトラムー連続する表現型としての雌雄 第1回 若手研究会
• [Presentation] ボルバキアがアワノメイガのオス殺しを実行する仕組み (2018)
  • Author(s): 勝間進・川本宗孝・庄司佳祐・木内隆史
  • Organizer: 第13回昆虫病理研究会シンポジウムプログラム
• [Presentation] ボルバキアがオス殺しを実行する仕組み (2018)
  • Author(s): 勝間進
  • Organizer: 性スペクトラムー連続する表現型としての雌雄 第2回領域会議
• [Presentation] Wolbachia感染アワノメイガ初期胚のRNA-seq解析による「オス殺し」因子の探索 (2018)
  • Author(s): 川本宗孝、福井崇弘、濱中陽子、木内隆史、菅野純夫、嶋田透、鈴木穣、勝間進
  • Organizer: 平成30年度蚕糸・昆虫機能利用学術講演会
• [Presentation] 愛知県産アズキノメイガにおける遺伝的要因による性比異常現象 (2018)
  • Author(s): 濱中陽子、嶋田透、勝間進
  • Organizer: 第62回日本応用動物昆虫学会大会
• [Presentation] カイコの性はpiRNAを介した性染色体間の相互作用によって決まる (2017)
  • Author(s): 勝間進，木内隆史，川本宗孝，庄司佳祐
  • Organizer: ConBio2017
  • Invited
• [Presentation] オス殺し細菌の除去によるアワノメイガのメス特異的致死現象に関する研究 (2017)
  • Author(s): 福井崇弘、木内隆史、嶋田透、勝間進
  • Organizer: 第76回昆虫病理研究会
• [Presentation] 細胞内共生細菌Wolbachiaがもつ「オス殺し因子」の探索 (2017)
  • Author(s): 濱中陽子、福井崇弘、川本宗孝、庄司佳祐、木内隆史、菅野純夫、嶋田透、鈴木穣、勝間進
  • Organizer: 第76回昆虫病理研究会
• [Book] コラム：性決定のしくみ（カイコの実験単～カイコで生命科学をまるごと理解～） (2019)
  • Author(s): 木内隆史・勝間進
  • Total Pages: 2
  • Publisher: エヌ・ティー・エス
  • ISBN: 9784860435981
• [Book] 昆虫の性－多様な性決定遺伝子とそれらをのっとる寄生者（遺伝子から解き明かす性の不思議な世界） (2019)
  • Author(s): 勝間進
  • Total Pages: 44
  • Publisher: 一色出版
  • ISBN: 9784909383068
• [Remarks] 東京大学昆虫遺伝研究室ホームページ
  • URL: https://sites.google.com/view/igblab-ut-aba/top
• [Remarks] 東京大学昆虫遺伝研究室ホームページ
  • URL: https://sites.google.com/view/igblab-ut-aba
• [Remarks] 東京大学昆虫遺伝研究室ホームページ
  • URL: http://papilio.ab.a.u-tokyo.ac.jp/igb/