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), 准教授 (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 2020)
• 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: ボルバキア / 共生細菌 / 性操作 / 性スペクトラム / チョウ目昆虫 / オス殺し / 遺伝子量補償 / 性決定 / カイコ / Masc / アワノメイガ / 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、ボルバキアが宿主のオス化と遺伝子量補償を担うMascをターゲットにして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。
・ボルバキア感染、および非感染アワノメイガ胚子から小分子RNAライブラリーを作成し、高速シークエンサーで配列を決定した。それらをアワノメイガMasc (OfMasc)のコード領域にマッピングした結果から、OfMascはpiRNAの制御下にはない可能性が高いと考えられた。
・エリサンから見つかった2種類のMascホモログについて、胚子におけるノックダウンを行なった。その結果、一方がオス化に強く関与していることが示唆された。また、トランスクリプトーム解析から、遺伝子量補償には両者が関わっている可能性が考えられた。
・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、それらを昆虫細胞発現用ベクターにクローニングし、Masc mRNA量を指標としたカイコオス細胞M1でのアッセイ系の構築を試みた。しかし、内在性のMasc mRNA量がかなり低いためにアッセイ結果の再現性が取れなかった。そこで、本来の宿主であるアワノメイガをアッセイ系に用いるために、アワノメイガ胚子から培養細胞の作出を試みた。
・カイコ培養細胞を用いてMasc依存的な遺伝子量補償を評価する実験系を構築した。それを用いた実験により、オス化に重要であるシステイン残基が遺伝子量補償においても必須であることを明らかにした。

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、およびスクリーニング用の遺伝子のクローニングについても準備が進んでいる。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ている。

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。また、ボルバキアの遺伝子リソースを拡充し、「オス殺し」に関与する遺伝子のスクリーニング系の構築を行う。

Research Products

• [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 (2020)
  • 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
  • ISSN: 1881-0551, 1884-7943
  • Year and Date: 2020-01-27
  • 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] 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] 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
• [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/