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

• 研究課題/領域番号: 18H02486
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 審査区分: 小区分45020:進化生物学関連
• 研究機関: 北海道大学
• 研究代表者: 越川 滋行 北海道大学, 地球環境科学研究院, 教授 (30714498)
• 研究期間 (年度): 2018-04-01 – 2023-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2022年度)
• 配分額: 17,160千円 (直接経費: 13,200千円、間接経費: 3,960千円); 2022年度: 2,470千円 (直接経費: 1,900千円、間接経費: 570千円); 2021年度: 2,470千円 (直接経費: 1,900千円、間接経費: 570千円); 2020年度: 3,380千円 (直接経費: 2,600千円、間接経費: 780千円); 2019年度: 3,770千円 (直接経費: 2,900千円、間接経費: 870千円); 2018年度: 5,070千円 (直接経費: 3,900千円、間接経費: 1,170千円)
• キーワード: 進化 / 発生 / ショウジョウバエ / 模様 / 着色 / cis制御領域 / ゲノム編集

研究成果の概要

本研究ではミズタマショウジョウバエの翅の模様形成に関わるすべての主要な遺伝子を同定し、遺伝子機能を解析して、模様形成機構を理解することを目指した。蛹期の翅を切り取ってトランスクリプトーム解析を行い、着色が生じる領域で発現が高く（または低く）、かつwinglessの制御下にある遺伝子群を同定することができた。それらのうちいくつかについて、ゲノム編集により着色に関する機能の解析を行なった。またGAL4/UASシステムによる遺伝子機能の解析法の開発を行なった。着色を制御する遺伝子制御ネットワークを明らかにするため、種特異的なwingless遺伝子の発現を制御するエンハンサーの機能を解析した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

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。本研究の成果は、模様がどのように形成されるかを、ある一種の生物においてより正確に理解する試みである。さらに、模様がない近縁種と比べて、どのような遺伝的な変化が模様の進化を引き起こすのかを明らかにした。

研究成果

• [雑誌論文] Thermal plasticity of wing spot size in Drosophila guttifera: investigating the relevance to Wingless morphogen (2023)
  • 著者名/発表者名: Yuichi Fukutomi, Aya Takahashi, Shigeyuki Koshikawa
  • 雑誌名: bioRxiv 巻: -
  • DOI: 10.1101/2023.01.09.523128
  • オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Cis-regulatory evolution that caused change in wingless expression pattern associated with wing pigmentation pattern of Drosophila (2023)
  • 著者名/発表者名: Takumi Karasawa, Namiho Saito, Shigeyuki Koshikawa
  • 雑誌名: bioRxiv 巻: -
  • DOI: 10.1101/2023.03.01.530703
  • オープンアクセス
• [雑誌論文] Photoreceptor genes in a trechine beetle, Trechiama kuznetsovi, living in the upper hypogean zone (2023)
  • 著者名/発表者名: Takuma Niida, Yuto Terashima, Hitoshi Aonuma, Shigeyuki Koshikawa
  • 雑誌名: bioRxiv 巻: -
  • DOI: 10.1101/2023.02.28.530396
• [雑誌論文] 特集 形態形成の統合的理解 Ⅳ.多様な生物種に学ぶ 昆虫の翅模様の進化発生生物学 (2022)
  • 著者名/発表者名: 古関将斗, 越川滋行
  • 雑誌名: 生体の科学 巻: 73 号: 4 ページ: 364-367
  • DOI: 10.11477/mf.2425201537
  • ISSN: 0370-9531, 1883-5503
  • 年月日: 2022-08-15
• [雑誌論文] ショウジョウバエの翅の模様形成メカニズムとその進化 (2022)
  • 著者名/発表者名: 柄澤匠, 越川滋行
  • 雑誌名: 科学 巻: 92 ページ: 992-996
• [雑誌論文] Construction of a massive genetic resource by transcriptome sequencing and genetic characterization of Megasyllis nipponica (Annelida: Syllidae) (2022)
  • 著者名/発表者名: Y Hayashi, K Oguchi, M Nakamura, S Koshikawa, T Miura
  • 雑誌名: Genes & Genetic Systems 巻: 97 ページ: 153-166
  • オープンアクセス
• [雑誌論文] Hormone-related genes heterochronically and modularly regulate neotenic differentiation in termites (2022)
  • 著者名/発表者名: Oguchi Kohei、Koshikawa Shigeyuki、Miura Toru
  • 雑誌名: Developmental Biology 巻: 485 ページ: 70-79
  • DOI: 10.1016/j.ydbio.2022.02.012
  • 査読あり
• [雑誌論文] DrosoPhyla: Resources for Drosophilid Phylogeny and Systematics (2021)
  • 著者名/発表者名: 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.
  • 雑誌名: Genome Biology and Evolution 巻: 13 号: 8
  • DOI: 10.1093/gbe/evab179
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] The color pattern inducing gene wingless is expressed in specific cell types of campaniform sensilla of a polka-dotted fruit fly, Drosophila guttifera (2021)
  • 著者名/発表者名: Masato Koseki, Nobuaki K. Tanaka, Shigeyuki Koshikawa
  • 雑誌名: Development Genes and Evolution 巻: - 号: 3-4 ページ: 85-93
  • DOI: 10.1007/s00427-021-00674-z
  • 査読あり
• [雑誌論文] No evidence for contribution of sexually monomorphic wing pigmentation pattern to mate choice in Drosophila guttifera (2021)
  • 著者名/発表者名: Takuma Niida, Shigeyuki Koshikawa
  • 雑誌名: Ethology 巻: - 号: 7 ページ: 527-536
  • DOI: 10.1111/eth.13157
  • 査読あり
• [雑誌論文] Transcriptome analysis reveals wingless regulates neural development and signaling genes in the region of wing pigmentation of a polka-dotted fruit fly. (2021)
  • 著者名/発表者名: Yuichi Fukutomi, Shu Kondo, Atsushi Toyoda, Shuji Shigenobu, Shigeyuki Koshikawa
  • 雑誌名: The FEBS journal 巻: 288 号: 1 ページ: 99-110
  • DOI: 10.1111/febs.15338
  • NAID: 120007181830
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] The making of transgenic Drosophila guttifera (2020)
  • 著者名/発表者名: Mujeeb Shittu, Tessa Steenwinkel, Shigeyuki Koshikawa, Thomas Werner
  • 雑誌名: Methods and Protocols 巻: 3 号: 2 ページ: 31-31
  • DOI: 10.3390/mps3020031
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Heloise D. Dufour, Shigeyuki Koshikawa, Cedric Finet (2020)
  • 著者名/発表者名: Temporal flexibility of gene regulatory network underlies a novel wing pattern in flies
  • 雑誌名: Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 巻: 117 号: 21 ページ: 11589-11596
  • DOI: 10.1073/pnas.2002092117
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Enhancer functions underlying morphological diversity (2020)
  • 著者名/発表者名: Takayuki Suzuki, Shigeyuki Koshikawa
  • 雑誌名: Development, Growth & Differentiation 巻: 62 号: 5 ページ: 263-264
  • DOI: 10.1111/dgd.12685
  • NAID: 120007042005
  • オープンアクセス
• [雑誌論文] Evolution of wing pigmentation in Drosophila: Diversity, physiological regulation, and cis-regulatory evolution (2020)
  • 著者名/発表者名: Koshikawa,S
  • 雑誌名: Development, Growth & Differentiation 巻: - 号: 5 ページ: 269-278
  • DOI: 10.1111/dgd.12661
  • 査読あり
• [雑誌論文] Transcriptome analysis reveals evolutionary co-option of neural development and signaling genes for the wing pigmentation pattern of the polka-dotted fruit fly (2020)
  • 著者名/発表者名: Yuichi Fukutomi, Shu Kondo, Atsushi Toyoda, Shuji Shigenobu, Shigeyuki Koshikawa
  • 雑誌名: bioRxiv 巻: -
  • DOI: 10.1101/2020.01.09.899864
  • オープンアクセス
• [雑誌論文] ハエの翅の模様の機能を考える (2019)
  • 著者名/発表者名: 丹伊田拓磨, 越川滋行
  • 雑誌名: 昆虫と自然 巻: 54 ページ: 36-39
• [雑誌論文] 昆虫の模様形成研究の現在とこれから (2018)
  • 著者名/発表者名: 福冨雄一、越川滋行
  • 雑誌名: 蚕糸・昆虫バイオテック 巻: 87 ページ: 95-102
  • NAID: 130007722526
• [学会発表] ミズタマショウジョウバエの翅の種特異的な模様の獲得における制御配列の進化と既存配列の転用 (2023)
  • 著者名/発表者名: 柄澤匠, 齊藤奈美歩, 越川滋行
  • 学会等名: 日本動物学会 北海道支部 第67回大会（旭川市公民館木楽輪）
• [学会発表] ミズタマショウジョウバエにおけるGal4/UASシステムの開発 (2023)
  • 著者名/発表者名: 古関将斗, 越川滋行
  • 学会等名: 日本動物学会 北海道支部 第67回大会（旭川市公民館木楽輪）
• [学会発表] Development of Gal4/UAS system for elucidating the mechanism of the wing color pattern formation of Drosophila guttifera (2023)
  • 著者名/発表者名: Masato Koseki, Shigeyuki Koshikawa
  • 学会等名: 64th Annual Drosophila Research Conference
  • 国際学会
• [学会発表] Pre-existing Mad binding site is required for novel expression pattern of wingless in Drosophila guttifera pupal wing (2023)
  • 著者名/発表者名: Takumi Karasawa, Namiho Saito, Shigeyuki Koshikawa
  • 学会等名: 64th Annual Drosophila Research Conference
  • 国際学会
• [学会発表] ミズタマショウジョウバエの翅の新しい模様形成に必要なcis制御配列の特定 (2022)
  • 著者名/発表者名: 柄澤匠, 齊藤奈美歩, 越川滋行
  • 学会等名: 日本動物学会第93回早稲田大会（口頭発表）
• [学会発表] cis制御領域におけるSmadの結合配列の獲得が新しい遺伝子発現のパターンを生み出した (2022)
  • 著者名/発表者名: 柄澤 匠, 齊藤奈美歩, 越川滋行
  • 学会等名: 日本進化学会年大会 第24回沼津大会 ポスター発表
• [学会発表] 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)
  • 著者名/発表者名: 古関将斗, 越川滋行
  • 学会等名: 日本進化学会第23回オンライン大会
• [学会発表] 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)
  • 著者名/発表者名: 福冨雄一, 重信秀治, 越川滋行
  • 学会等名: 日本動物学会第92回オンライン米子大会
• [学会発表] 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)
  • 著者名/発表者名: 古関 将斗, 田中 暢明, 越川 滋行
  • 学会等名: 日本動物学会第92回オンライン米子大会
• [学会発表] 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)
  • 著者名/発表者名: 越川滋行, 古関将斗, 丹伊田拓磨, 福冨雄一
  • 学会等名: 日本遺伝学会第93回大会オンライン東京大会
• [学会発表] 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)
  • 著者名/発表者名: 福冨雄一, 重信秀治, 越川滋行
  • 学会等名: 日本遺伝学会第93回大会オンライン東京大会
• [学会発表] 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)
  • 著者名/発表者名: 越川滋行
  • 学会等名: 日本動物学会北海道支部主催2021年度公開シンポジウム
• [学会発表] 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)
  • 著者名/発表者名: 丹伊田 拓磨, 越川 滋行
  • 学会等名: 第65回日本応用動物昆虫学会大会
• [学会発表] Two types of cells composing a campaniform sensillum express the patterning gene wingless in pupal wings of Drosophila guttifera. (2021)
  • 著者名/発表者名: Masato Koseki, Nobuaki Tanaka, Shigeyuki Koshikawa
  • 学会等名: 62nd Annual Drosophila Research Conference
  • 国際学会
• [学会発表] 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)
  • 著者名/発表者名: 福冨雄一, 重信秀治, 越川滋行
  • 学会等名: 日本動物学会第91回大会
• [学会発表] 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)
  • 著者名/発表者名: 古関将斗, 越川滋行
  • 学会等名: 日本動物学会第91回大会
• [学会発表] 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)
  • 著者名/発表者名: 矢野根智広, 越川滋行
  • 学会等名: 日本動物学会第91回大会
• [学会発表] Which cell type of campaniform sensilla expresses the patterning gene wingless in pupal wings of Drosophila guttifera? (2020)
  • 著者名/発表者名: 古関将斗, 越川滋行
  • 学会等名: 日本進化学会第22回オンライン大会
• [学会発表] Pigmentation pattern formation in Drosophila guttifera (2020)
  • 著者名/発表者名: Shigeyuki Koshikawa, Keiji Matsumoto, Wataru Yamamoto, Yuichi Fukutomi
  • 学会等名: 5th Asia-Pacific Drosophila Research Conference
  • 国際学会
• [学会発表] Thoughts on function of Drosophila guttifera wing color pattern (2020)
  • 著者名/発表者名: Takuma Niida, Shigeyuki Koshikawa
  • 学会等名: 5th Asia-Pacific Drosophila Research Conference
  • 国際学会
• [学会発表] Transcriptome analysis of Drosophila guttifera to elucidate the gene network related to color pattern formation (2020)
  • 著者名/発表者名: Yuichi Fukutomi, Shuji Shigenobu, Shigeyuki Koshikawa
  • 学会等名: 5th Asia-Pacific Drosophila Research Conference
  • 国際学会
• [学会発表] 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)
  • 著者名/発表者名: 丹伊田拓磨, 越川滋行
  • 学会等名: 第64回日本応用動物昆虫学会大会(みなし開催)
• [学会発表] Enhancer function and evolution of polka-dots in Drosophila guttifera (2019)
  • 著者名/発表者名: Shigeyuki Koshikawa, Yuichi Fukutomi
  • 学会等名: 日本発生生物学会第52回大会
• [学会発表] 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)
  • 著者名/発表者名: 福冨雄一, 重信秀治, 越川滋行
  • 学会等名: 日本発生生物学会 第52回大会
• [学会発表] 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)
  • 著者名/発表者名: 福冨雄一, 重信秀治, 越川滋行
  • 学会等名: 日本進化学会 第21回 北海道大会
• [学会発表] ミズタマショウジョウバエの模様が作られる仕組み (2019)
  • 著者名/発表者名: 越川滋行, 福冨雄一, 松本圭司
  • 学会等名: 日本動物学会第90回大会
  • 招待講演
• [学会発表] 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)
  • 著者名/発表者名: 越川滋行、福冨雄一、松本圭司
  • 学会等名: 日本動物学会第89回大会
  • 招待講演
• [学会発表] Generation mechanism of a polka-dot pattern in Drosophila guttifera. (2018)
  • 著者名/発表者名: 越川滋行、松本圭司、福冨雄一
  • 学会等名: 第46回内藤コンファレンス
  • 国際学会
• [図書] Pigments, Pigment Cells and Pigment Patterns (2021)
  • 著者名/発表者名: Hisashi Hashimoto, Makoto Goda, Ryo Futahashi, Robert Kelsh, Toyoko Akiyama (eds.) Yuichi Fukutomi and Shigeyuki Koshikawa (第12章を担当)
  • 総ページ数: 472
  • 出版者: Springer
  • ISBN: 9789811614897