Effect of genomic imprinting on caste determination of social insects

• Project/Area Number: 20K20380
• Project/Area Number (Other): 18H05372 (2018-2019)
• Research Category: Grant-in-Aid for Challenging Research (Pioneering)
• Allocation Type: Multi-year Fund (2020); Single-year Grants (2018-2019)
• Review Section: Medium-sized Section 45:Biology at organismal to population levels and anthropology, and related fields
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: Matsuura Kenji 京都大学, 農学研究科, 教授 (40379821)
• Project Period (FY): 2018-06-29 – 2024-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2023)
• Budget Amount: ¥25,610,000 (Direct Cost: ¥19,700,000、Indirect Cost: ¥5,910,000); Fiscal Year 2023: ¥3,120,000 (Direct Cost: ¥2,400,000、Indirect Cost: ¥720,000); Fiscal Year 2022: ¥3,640,000 (Direct Cost: ¥2,800,000、Indirect Cost: ¥840,000); Fiscal Year 2021: ¥3,120,000 (Direct Cost: ¥2,400,000、Indirect Cost: ¥720,000); Fiscal Year 2020: ¥3,640,000 (Direct Cost: ¥2,800,000、Indirect Cost: ¥840,000); Fiscal Year 2019: ¥3,120,000 (Direct Cost: ¥2,400,000、Indirect Cost: ¥720,000); Fiscal Year 2018: ¥8,970,000 (Direct Cost: ¥6,900,000、Indirect Cost: ¥2,070,000)
• Keywords: シロアリ / エピジェネティックインヘリタンス / ゲノムインプリンティング / 社会性昆虫 / カースト / 進化 / エピジェネティクス / 真社会性

Outline of Research at the Start

生物学は今まさにダーウィン以来の大きなパラダイムシフトの時代を迎えている。我々はゲノムインプリンティングが社会性昆虫のカースト決定に影響することを理論的に明らかにした。本研究は、「カースト決定のゲノムインプリンティング説」を実験的に証明し、そのエピジェネティック因子を突き止めることで、世界に先駆けて社会性進化のミッシングリンクを解明する。

Outline of Final Research Achievements

We have demonstrated for the first time that epigenetic inheritance influences caste determination in termites, and we identified candidate genes involved in this process through comprehensive methylation analysis of sperm and correlation analysis with caste differentiation. Additionally, we elucidated the mechanism of social parasitism through the theft of parthenogenetic eggs and clarified the geographical diversity in reproductive systems. These findings provide new insights into the social structure of termites and the origins of eusociality.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

世代を超えるエピジェネティックインヘリタンスによる子のカースト決定機構を明らかにしたことは、配偶子のエピジェネティック修飾が小世代の発生に影響することを明らかにしたものであり、社会性昆虫のみならず、広く生物学におけるパラダイムシフトをもたらす重要な発見である。

Research Products

• [Presentation] 長寿かつ多産を実現する抗酸化システム：シロアリの女王特異的に発現するカタラーゼの機能解析 (2018)
  • Author(s): 田崎英祐, 松浦健二, 井内良仁.
  • Organizer: 第41回日本分子生物学会
• [Presentation] 真社会性の作り方：ゲノムインプリンティング説の提唱 (2018)
  • Author(s): 松浦 健二
  • Organizer: 第34回個体群生態学会大会
• [Presentation] シロアリの非巣仲間に対する攻撃行動は社会環境要因によって変わる (2018)
  • Author(s): 小西尭生・松浦健二
  • Organizer: 第37回日本動物行動学会
• [Presentation] Evolution of termite reproductive systems and genomic imprinting. (2018)
  • Author(s): MATSUURA Kenji
  • Organizer: Special Lecture: Huazhong Agricultural University
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Estimation of genomic recombunation rates of termites. (2018)
  • Author(s): Waiker P, Rueppell O, Vargo EL, Matsuura K
  • Organizer: International Union for the Study of Social Insects (IUSSI2018)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Subterranean adaptation in termites: a low O2 and high CO2 condition enhances reproduction of queens. (2018)
  • Author(s): Tasaki E, Komagata Y, Yoshihito Iuchi Y, Matsuura K
  • Organizer: International Union for the Study of Social Insects (IUSSI2018)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Queen-destined parthenogenetic daughters as a preadaptation for asexual queen succession in termites. (2018)
  • Author(s): Nozaki T, Yashiro T, Matsuura K
  • Organizer: International Union for the Study of Social Insects (IUSSI2018)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Multifunctionality of soldier pheromone in a termite (2018)
  • Author(s): Mitaka Y, Yanagihara S, Mori N, Matsuura K.
  • Organizer: International Union for the Study of Social Insects (IUSSI2018)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Extended symbiosis: gut microbes protect termite nests from opportunistic microorganisms. (2018)
  • Author(s): Inagaki T. Matsuura K.
  • Organizer: International Union for the Study of Social Insects (IUSSI2018)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Genomic imprinting drives the evolution of termite eusociality. (2018)
  • Author(s): Matsuura K, Mizumoto N, Kobayashi K, Yashiro T, Vargo EL
  • Organizer: International Union for the Study of Social Insects (IUSSI2018)
  • Int'l Joint Research
• [Remarks] 京都大学昆虫生態学研究室HP
  • URL: http://www.insecteco.kais.kyoto-u.ac.jp/