ゲノム編集で明らかにするショウジョウバエの模様形成機構

• Project/Area Number: 18H02486
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 45020:Evolutionary biology-related
• Research Institution: Hokkaido University
• Principal Investigator: 越川 滋行 北海道大学, 地球環境科学研究院, 教授 (30714498)
• Project Period (FY): 2018-04-01 – 2023-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2022)
• Budget Amount: ¥17,160,000 (Direct Cost: ¥13,200,000、Indirect Cost: ¥3,960,000); Fiscal Year 2022: ¥2,470,000 (Direct Cost: ¥1,900,000、Indirect Cost: ¥570,000); Fiscal Year 2021: ¥2,470,000 (Direct Cost: ¥1,900,000、Indirect Cost: ¥570,000); Fiscal Year 2020: ¥3,380,000 (Direct Cost: ¥2,600,000、Indirect Cost: ¥780,000); Fiscal Year 2019: ¥3,770,000 (Direct Cost: ¥2,900,000、Indirect Cost: ¥870,000); Fiscal Year 2018: ¥5,070,000 (Direct Cost: ¥3,900,000、Indirect Cost: ¥1,170,000)
• Keywords: ショウジョウバエ / ゲノム編集 / 模様 / 進化 / 発生

Outline of Annual Research Achievements

模様の形成機構の研究は、それ自体のみならず、組織のパターニングの原理や、表現型進化の理解に大きく貢献してきた。代表者はミズタマショウジョウバエを用いて、そのユニークな模様形質と実験的操作性の高さを生かし、模様の形成機構と新しい形質の進化に関する研究を展開してきた。本研究では翅の模様形成に関わるすべての主要な遺伝子を同定し、近年確立したゲノム編集の手法で遺伝子機能を解析し、模様形成機構を完全に理解することを目的とする。
ミズタマショウジョウバエの模様形成の仕組みを、関与する遺伝子をすべて網羅する形で、それらの機能を含めて理解する。そして、種間比較によりキイロショウジョウバエと何がどのように異なるのか（進化してきたのか）を明らかにする。これまでにミズタマショウジョウバエで模様形成の鍵となる遺伝子が複数（上流のwinglessと、下流のyellowなど）明らかになっている。winglessとは脊椎動物のWnt-1のホモログであり、パターニングや細胞分化を制御する分泌性シグナル伝達因子をコードする遺伝子である。yellowは昆虫のメラニン合成を担う遺伝子として知られている。網羅的アプローチと個別的なアプローチを組み合わせ、これら以外の模様形成に必要な遺伝子のネットワークを明らかにする。
本年度は、ミズタマショウジョウバエに特異的な遺伝子発現を制御するエンハンサーの機能を解析している。また、ゲノム編集による遺伝子機能の解析法の改良、トランスポゾンによる遺伝子発現操作系の作成に取り組んでいる。

Current Status of Research Progress

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

Reason

エンハンサー機能の解析、遺伝子機能の解析法の開発等に関して進展があった。個々には課題もあるが、全体として順調に進んでいる。

Strategy for Future Research Activity

個々の実験の進捗には課題もあるが、全体としては順調に進んでいるので、より一層進展するよう努力する。

Research Products

• [Journal Article] Hormone-related genes heterochronically and modularly regulate neotenic differentiation in termites (2022)
  • Author(s): Oguchi Kohei、Koshikawa Shigeyuki、Miura Toru
  • Journal Title: Developmental Biology Volume: 485 Pages: 70-79
  • DOI: 10.1016/j.ydbio.2022.02.012
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] DrosoPhyla: Resources for Drosophilid Phylogeny and Systematics (2021)
  • Author(s): Finet Cedric、Kassner Victoria A、Carvalho Antonio B、Chung Henry、Day Jonathan P、Day Stephanie、Delaney Emily K、De Re Francine C、Dufour Heloise D、Dupim Eduardo、Izumitani Hiroyuki F、Gauterio Thaisa B、Justen Jessa、Katoh Toru、Kopp Artyom、Koshikawa Shigeyuki、et al.
  • Journal Title: Genome Biology and Evolution Volume: 13
  • DOI: 10.1093/gbe/evab179
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] The color pattern inducing gene wingless is expressed in specific cell types of campaniform sensilla of a polka-dotted fruit fly, Drosophila guttifera (2021)
  • Author(s): Masato Koseki, Nobuaki K. Tanaka, Shigeyuki Koshikawa
  • Journal Title: Development Genes and Evolution Volume: -
  • DOI: 10.1007/s00427-021-00674-z
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] No evidence for contribution of sexually monomorphic wing pigmentation pattern to mate choice in Drosophila guttifera (2021)
  • Author(s): Takuma Niida, Shigeyuki Koshikawa
  • Journal Title: Ethology Volume: -
  • DOI: 10.1111/eth.13157
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Transcriptome analysis reveals wingless regulates neural development and signaling genes in the region of wing pigmentation of a polka-dotted fruit fly. (2021)
  • Author(s): Yuichi Fukutomi, Shu Kondo, Atsushi Toyoda, Shuji Shigenobu, Shigeyuki Koshikawa
  • Journal Title: The FEBS Journal Volume: 288 Pages: 99-110
  • DOI: 10.1111/febs.15338
  • NAID: 120007181830
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] The making of transgenic Drosophila guttifera (2020)
  • Author(s): Mujeeb Shittu, Tessa Steenwinkel, Shigeyuki Koshikawa, Thomas Werner
  • Journal Title: Methods and Protocols Volume: 3 Pages: 31-31
  • DOI: 10.3390/mps3020031
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Heloise D. Dufour, Shigeyuki Koshikawa, Cedric Finet (2020)
  • Author(s): Temporal flexibility of gene regulatory network underlies a novel wing pattern in flies
  • Journal Title: Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America Volume: 117 Pages: 11589-11596
  • DOI: 10.1073/pnas.2002092117
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Enhancer functions underlying morphological diversity (2020)
  • Author(s): Takayuki Suzuki, Shigeyuki Koshikawa
  • Journal Title: Development, Growth & Differentiation Volume: 62 Pages: 263-264
  • DOI: 10.1111/dgd.12685
  • NAID: 120007042005
  • Open Access
• [Journal Article] Evolution of wing pigmentation in Drosophila: Diversity, physiological regulation, and cis-regulatory evolution (2020)
  • Author(s): Koshikawa,S
  • Journal Title: Development, Growth & Differentiation Volume: -
  • DOI: 10.1111/dgd.12661
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Transcriptome analysis reveals evolutionary co-option of neural development and signaling genes for the wing pigmentation pattern of the polka-dotted fruit fly (2020)
  • Author(s): Yuichi Fukutomi, Shu Kondo, Atsushi Toyoda, Shuji Shigenobu, Shigeyuki Koshikawa
  • Journal Title: bioRxiv Volume: -
  • DOI: 10.1101/2020.01.09.899864
  • Open Access
• [Journal Article] ハエの翅の模様の機能を考える (2019)
  • Author(s): 丹伊田拓磨, 越川滋行
  • Journal Title: 昆虫と自然 Volume: 54 Pages: 36-39
• [Journal Article] 昆虫の模様形成研究の現在とこれから (2018)
  • Author(s): 福冨雄一、越川滋行
  • Journal Title: 蚕糸・昆虫バイオテック Volume: 87 Pages: 95-102
  • NAID: 130007722526
• [Presentation] 模様形成遺伝子winglessを発現する神経組織の構成細胞の特定 (2021)
  • Author(s): 古関将斗, 越川滋行
  • Organizer: 日本進化学会第23回オンライン大会
• [Presentation] Winglessモルフォゲンはどのようにミズタマショウジョウバエの模様を形成するのか？ (2021)
  • Author(s): 福冨雄一, 重信秀治, 越川滋行
  • Organizer: 日本動物学会第92回オンライン米子大会
• [Presentation] 神経組織の構成細胞における遺伝子発現の進化がもたらしたショウジョウバエの水玉模様 (2021)
  • Author(s): 古関 将斗, 田中 暢明, 越川 滋行
  • Organizer: 日本動物学会第92回オンライン米子大会
• [Presentation] ミズタマショウジョウバエの翅の模様、形成メカニズムと機能 (2021)
  • Author(s): 越川滋行, 古関将斗, 丹伊田拓磨, 福冨雄一
  • Organizer: 日本遺伝学会第93回大会オンライン東京大会
• [Presentation] ミズタマショウジョウバエを用いた Wingless モルフォゲンによる模様形成機構の解析 (2021)
  • Author(s): 福冨雄一, 重信秀治, 越川滋行
  • Organizer: 日本遺伝学会第93回大会オンライン東京大会
• [Presentation] 野生種ショウジョウバエにおけるゲノム編集と模様研究への適用 (2021)
  • Author(s): 越川滋行
  • Organizer: 日本動物学会北海道支部主催2021年度公開シンポジウム
• [Presentation] ミズタマショウジョウバエの遺伝子変異系統を用いた模様の機能に関する研究 (2021)
  • Author(s): 丹伊田 拓磨, 越川 滋行
  • Organizer: 第65回日本応用動物昆虫学会大会
• [Presentation] Two types of cells composing a campaniform sensillum express the patterning gene wingless in pupal wings of Drosophila guttifera. (2021)
  • Author(s): Masato Koseki, Nobuaki Tanaka, Shigeyuki Koshikawa
  • Organizer: 62nd Annual Drosophila Research Conference
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] ミズタマショウジョウバエを用いた模様形成遺伝子ネットワークの探索 (2020)
  • Author(s): 福冨雄一, 重信秀治, 越川滋行
  • Organizer: 日本動物学会第91回大会
• [Presentation] ミズタマショウジョウバエの模様形成遺伝子winglessは、蛹期の翅において鐘状感覚子のどの細胞で発現しているのか？ (2020)
  • Author(s): 古関将斗, 越川滋行
  • Organizer: 日本動物学会第91回大会
• [Presentation] ミズタマショウジョウバエ胸部における模様形成メカニズムの探索 (2020)
  • Author(s): 矢野根智広, 越川滋行
  • Organizer: 日本動物学会第91回大会
• [Presentation] Which cell type of campaniform sensilla expresses the patterning gene wingless in pupal wings of Drosophila guttifera? (2020)
  • Author(s): 古関将斗, 越川滋行
  • Organizer: 日本進化学会第22回オンライン大会
• [Presentation] Pigmentation pattern formation in Drosophila guttifera (2020)
  • Author(s): Shigeyuki Koshikawa, Keiji Matsumoto, Wataru Yamamoto, Yuichi Fukutomi
  • Organizer: 5th Asia-Pacific Drosophila Research Conference
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Thoughts on function of Drosophila guttifera wing color pattern (2020)
  • Author(s): Takuma Niida, Shigeyuki Koshikawa
  • Organizer: 5th Asia-Pacific Drosophila Research Conference
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Transcriptome analysis of Drosophila guttifera to elucidate the gene network related to color pattern formation (2020)
  • Author(s): Yuichi Fukutomi, Shuji Shigenobu, Shigeyuki Koshikawa
  • Organizer: 5th Asia-Pacific Drosophila Research Conference
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] ミズタマショウジョウバエの水玉模様が配偶者選択により進化した可能性 (2020)
  • Author(s): 丹伊田拓磨, 越川滋行
  • Organizer: 第64回日本応用動物昆虫学会大会(みなし開催)
• [Presentation] Enhancer function and evolution of polka-dots in Drosophila guttifera (2019)
  • Author(s): Shigeyuki Koshikawa, Yuichi Fukutomi
  • Organizer: 日本発生生物学会第52回大会
• [Presentation] ミズタマショウジョウバエの模様で発現する遺伝子の解明のためのトランスクリプトーム解析 (2019)
  • Author(s): 福冨雄一, 重信秀治, 越川滋行
  • Organizer: 日本発生生物学会 第52回大会
• [Presentation] 模様形成遺伝子の探索 ～ミズタマショウジョウバエのトランスクリプトーム解析～ (2019)
  • Author(s): 福冨雄一, 重信秀治, 越川滋行
  • Organizer: 日本進化学会 第21回 北海道大会
• [Presentation] ミズタマショウジョウバエの模様が作られる仕組み (2019)
  • Author(s): 越川滋行, 福冨雄一, 松本圭司
  • Organizer: 日本動物学会第90回大会
  • Invited
• [Presentation] ミズタマショウジョウバエの模様はどのように作られるのか？ (2018)
  • Author(s): 越川滋行、福冨雄一、松本圭司
  • Organizer: 日本動物学会第89回大会
  • Invited
• [Presentation] Generation mechanism of a polka-dot pattern in Drosophila guttifera. (2018)
  • Author(s): 越川滋行、松本圭司、福冨雄一
  • Organizer: 第46回内藤コンファレンス
  • Int'l Joint Research
• [Book] Pigments, Pigment Cells and Pigment Patterns (2021)
  • Author(s): Hisashi Hashimoto, Makoto Goda, Ryo Futahashi, Robert Kelsh, Toyoko Akiyama (eds.) Yuichi Fukutomi and Shigeyuki Koshikawa (第12章を担当)
  • Total Pages: 472
  • Publisher: Springer
  • ISBN: 9789811614897