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カイコの聴覚:機械感覚毛による音受容機構の解明

研究課題

研究課題/領域番号 21K05621
研究種目

基盤研究(C)

配分区分基金
応募区分一般
審査区分 小区分39050:昆虫科学関連
研究機関東北学院大学

研究代表者

土原 和子  東北学院大学, 情報学部, 准教授 (10300823)

研究分担者 飯塚 哲也  国立研究開発法人農業・食品産業技術総合研究機構, 生物機能利用研究部門, グループ長補佐 (80414879)
高梨 琢磨  国立研究開発法人森林研究・整備機構, 森林総合研究所, 主任研究員 等 (60399376)
研究期間 (年度) 2021-04-01 – 2025-03-31
研究課題ステータス 交付 (2023年度)
配分額 *注記
4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円)
2023年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円)
2022年度: 1,820千円 (直接経費: 1,400千円、間接経費: 420千円)
2021年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
キーワード機械受容 / 聴覚 / 感覚毛 / カイコ / トランスジェニック
研究開始時の研究の概要

昆虫の成虫(コオロギ、ガ等)は、ヒトの耳に相当する音を受容する鼓膜器官を持つ。一方、ガの幼虫は、体表に点在する機械感覚子という、毛状のシンプルな感覚器で音を検知できることが知られている。これまでの研究で、チョウ目の幼虫を用いて、この感覚子で捕食者(寄生バエ)が接近する際の羽音を感知して捕食回避行動をおこなうことを発見した。
感覚子による音受容の分子機構に関する研究は手付かずである。そこで、ゲノム解読が終了し、かつ様々な遺伝的変異体が存在するモデル昆虫のカイコを用いて、分子生物学・行動学的手法を用いて解析することにより、カイコの聴覚を司る音の受容体遺伝子の同定および行動実験による機能解明を目指す。

研究実績の概要

2023年度は、A)音受容性の機械感覚子とB)音には反応しない接触などに関係する感覚子の細胞体それぞれ300本以上からRNAを抽出し、RNA sequenceを行った。そして、2つの遺伝子配列解析の結果から、音受容性の機械感覚子の細胞に特異的に発現している遺伝子を確認した。
解析の結果、A)とB)の両方、もしくは片方に存在する2117遺伝子の配列を得た。また、両方に発現が確認できた遺伝子であっても、発現量に差がある遺伝子が確認できた。まずは、A)のみに発現している遺伝子と、A)に多く発現している遺伝子の解析を行った。
その中でA)の音受容性の機械感覚子特異的な469遺伝子が確認できた。469遺伝子のうち79遺伝子はすでにデータベースに登録されていた。この79遺伝子も配列のみが登録されているものが多かった。
残りの390遺伝子をBLASTを用いて相動性を確信したところ、酵素が24%、受容体が1%確認できた。また、何かの遺伝子と相動性の高いもの、特徴づけられていないタンパク質、その他(不明のもの)、に分けられた。特徴づけられていないタンパク質とその他の中に新規の音受容に関わる新規の遺伝子が存在する可能性がある。
並行して、既知の遺伝子の中で、音や風流、振動に関する遺伝子を昆虫の中で検索した。音受容に関わる候補遺伝子として熱に関係する遺伝子として同定されているTRP channelの一種であるPyrexialが検索された。この遺伝子はカイコの休眠に関わる遺伝子としてすでに報告されている。RT-PCRで発現を確認したところ、この遺伝子は、B)では確認できなかったため、音受容性の機械感覚子に発現し、機能している可能性が高い。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

4: 遅れている

理由

当初の計画では、3年目の令和5年度に、音受容に関わる遺伝子を同定し、遺伝子解析の機能解析としてノックアウトカイコの作成、行動実験を行う予定であった。しかし、コロナの影響により実験が制限されたり、必要な消耗品が欠品しており業者からの納品が遅れた。また2年目の令和4年度に実施したRNAseqの結果が芳しくなかったため、令和5年度にサンプルの量を増やしてRNAの抽出からやり直した。令和5年度のRNAseqはデータがでて、解析できたので、令和4年度の遅れた部分を補ったが、元の予定までに戻すには至っていない。
以上の理由でやや遅れているため、1年間の延長を申請し、承認された。

今後の研究の推進方策

4年目の2024年度は、2023年度に行ったRNAseqの結果から絞り込んだ遺伝子に対して、以下の2つの実験を行う予定である。
1)音受容性の感覚子に特異的な遺伝子の機能解析を行う。具体的には、候補遺伝子をノックアウトしたカイコを作成する。作成したノックアウトカイコに対して、音や振動を提示して、行動の有無を確認する。機能の消失が確認できた場合は、また遺伝子を戻したレスキューしたカイコを作成する。そして、音や振動を提示する行動実験により、ノックアウトカイコは音受容に対する行動が消失すること、その後、レスキューした個体については、機能が回復するかを確認する。
2)音受容性遺伝子の候補遺伝子の発現場所や発現時期などの遺伝子解析をおこなう。また、成虫に対しても候補遺伝子を有しているか雌雄で部位ごとに確認する。
以上により、カイコにおける機械感覚子による聴覚の分子機構を解明する。

報告書

(3件)
  • 2023 実施状況報告書
  • 2022 実施状況報告書
  • 2021 実施状況報告書
  • 研究成果

    (23件)

すべて 2024 2023 2022 2021

すべて 雑誌論文 (14件) (うち国際共著 3件、 査読あり 10件、 オープンアクセス 12件) 学会発表 (7件) (うち国際学会 2件、 招待講演 2件) 図書 (2件)

  • [雑誌論文] A major endogenous glycoside hydrolase mediating quercetin uptake in Bombyx mori2024

    • 著者名/発表者名
      Waizumi Ryusei、Hirayama Chikara、Tomita Shuichiro、Iizuka Tetsuya、Kuwazaki Seigo、Jouraku Akiya、Tsubota Takuya、Yokoi Kakeru、Yamamoto Kimiko、Sezutsu Hideki
    • 雑誌名

      PLOS Genetics

      巻: 20 号: 1 ページ: e1011118-e1011118

    • DOI

      10.1371/journal.pgen.1011118

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] 感覚毛による音に対するカイコの行動反応2023

    • 著者名/発表者名
      土原和子
    • 雑誌名

      日本音響学会聴覚研究会資料

      巻: 53 ページ: 81-84

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [雑誌論文] Fibroin heavy chain gene replacement with a highly ordered synthetic repeat sequence in Bombyx mori2023

    • 著者名/発表者名
      Takasu Yoko、Yamada Nobuto、Kojima Katsura、Iga Masatoshi、Yukuhiro Fumiko、Iizuka Tetsuya、Yoshioka Taiyo
    • 雑誌名

      Insect Biochemistry and Molecular Biology

      巻: 161 ページ: 104002-104002

    • DOI

      10.1016/j.ibmb.2023.104002

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] 繭層に黄色蛍光物質を含まない白繭中国種の育成2023

    • 著者名/発表者名
      飯塚 哲也、伊賀 正年、平山 力、岡田 英二
    • 雑誌名

      日本シルク学会誌

      巻: 31 号: 0 ページ: 27-33

    • DOI

      10.11417/silk.31.27

    • ISSN
      1880-8204, 1881-1698
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] 高強度系統「MC502」と普通蚕品種「日137号」の正逆交雑時における繭糸質2023

    • 著者名/発表者名
      伊賀 正年、飯塚 哲也、岡田 英二
    • 雑誌名

      日本シルク学会誌

      巻: 31 号: 0 ページ: 35-40

    • DOI

      10.11417/silk.31.35

    • ISSN
      1880-8204, 1881-1698
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] 遺伝子組換えカイコ作製のための白眼白卵実用品種の育成2023

    • 著者名/発表者名
      飯塚哲也・伊賀正年・岡田英二
    • 雑誌名

      日本シルク学会誌

      巻: 92 ページ: 167-171

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • オープンアクセス
  • [雑誌論文] ABC transporter subfamily B1 as a susceptibility determinant of Bombyx mori larvae to Cry1Ba, Cry1Ia and Cry9Da toxins2023

    • 著者名/発表者名
      Iwabuchi Kana、Miyamoto Kazuhisa、Jouraku Akiya、Takasu Yoko、Iizuka Tetsuya、Adegawa Satomi、Li Xiaoyi、Sato Ryoichi、Watanabe Kenji
    • 雑誌名

      Insect Biochemistry and Molecular Biology

      巻: 163 ページ: 104030-104030

    • DOI

      10.1016/j.ibmb.2023.104030

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Development of an Injection Method for the Genetic Engineering of Diapause Silkworm Egg Using Dimethyl Sulfoxide2023

    • 著者名/発表者名
      Nobuto YAMADA, Yoshiko MISE, Naoyuki YONEMURA, Hiroki SAKAI, Keiro UCHINO, Hideki SEZUTSU, Toshiki TAMURA, Tetsuya IIZUKA
    • 雑誌名

      Japan Agricultural Research Quarterly

      巻: 57 ページ: 63-72

    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Electrophysiological and Morphological Characterization of Contact Chemosensilla in Adults and Larvae of the Butterfly, Atrophaneura alcinous2022

    • 著者名/発表者名
      Kazuko Tsuchihara,Takuma Takanashi, Kiyoshi Asaoka
    • 雑誌名

      Insects

      巻: 13 号: 9 ページ: 1-13

    • DOI

      10.3390/insects13090802

    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Long horns protect Hestina japonica butterfly larvae from their natural enemies2022

    • 著者名/発表者名
      Kandori Ikuo、Hiramatsu Mamoru、Soda Minako、Nakashima Shinya、Funami Shun、Yokoi Tomoyuki、Tsuchihara Kazuko、Papaj Daniel R.
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: 12 号: 1 ページ: 2835-2835

    • DOI

      10.1038/s41598-022-06770-y

    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Abolition of egg diapause by ablation of suboesophageal ganglion in parental females is compatible with genetic engineering methods2022

    • 著者名/発表者名
      Nobuto YAMADA, Yoshiko MISE, Naoyuki YONEMURA, Keiro UCHINO, Valeriya Zabelina, Hideki SEZUTSU, Tetsuya IIZUKA, Toshiki TAMURA
    • 雑誌名

      Journal of Insect Physiology

      巻: 142 ページ: 104438-104438

    • DOI

      10.1016/j.jinsphys.2022.104438

    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] 振動による行動制御に基づく害虫防除2022

    • 著者名/発表者名
      高梨琢磨、向井裕美、八瀬順也
    • 雑誌名

      JATAFFジャーナル

      巻: 10 ページ: 19-24

    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [雑誌論文] カイコの耳―チョウ目幼虫における機械感覚子による音受容の解明2022

    • 著者名/発表者名
      土原和子
    • 雑誌名

      サウンド

      巻: 37号 ページ: 27-31

    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • オープンアクセス
  • [雑誌論文] Simple method of ovary transplantation for transgenic silkworm, <i>Bombyx mori</i>, using paraffin coated paper2021

    • 著者名/発表者名
      Nobuto Yamada, Ken-Ichiro Tatematsu, Tetsuya Iizuka, Hideki Sezutsu, Keiro Uchino
    • 雑誌名

      Journal of Insect Biotechnology and Sericology

      巻: 90 号: 3 ページ: 3_049-3_054

    • DOI

      10.11416/jibs.90.3_049

    • NAID

      130008145754

    • ISSN
      1346-8073, 1884-7978
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] 振動によるキノコバエ類の行動制御とシイタケ栽培の害虫防除への応用2024

    • 著者名/発表者名
      高梨琢磨、Abosani, Sabnina、小林知里、向井裕美
    • 学会等名
      日本昆虫学会第84回大会・第68回日本応用動物昆虫学会大会合同大会
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] 虫たちの音と振動の世界~生物音響学への招待2023

    • 著者名/発表者名
      高梨琢磨
    • 学会等名
      KEK レクチャー&コンサート 科学と音楽の響宴2023
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] アサギマダラ幼虫の持つ柔らかい頭部突起の役目に関する「食草上における葉の探索」仮説の検証2023

    • 著者名/発表者名
      坂本 貴海,中根 哲哉,芳谷 昴紀,大橋 優樹,香取 郁夫,土原 和子
    • 学会等名
      第67回、日本応用動物昆虫学会大会
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] 昆虫に特異的な機械感覚毛の機能解明および感覚毛を模倣した小型音センサへの応用可能性に関する研究2022

    • 著者名/発表者名
      土原和子
    • 学会等名
      2022年度 一般財団法人石田實記念財団 研究発表会
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Exploitation of vibration sensing for pest management in whiteflies2022

    • 著者名/発表者名
      Takuma Takanashi, Niels Skals, Takayuki Sekine, Takaho Oe, Shota Inawashiro, Junya Yase, Takuya Tomihara, Takeshi Ohya, Ryuichi Onodera, Shouta Abe, Hiroshi Nishino, Takuji Koike
    • 学会等名
      3rd International Symposium on Biotremology, Piran, Slovenia
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Morphology, distribution and sound responses of mechanosensilla in various lepidopteran caterpillars2021

    • 著者名/発表者名
      Kazuko TSUCHIHARA, Kazuo YAMAZAKI, Shinji SUGIURA, Takenari INOUE, Takuma TAKANASHI
    • 学会等名
      The 8th Annual Meeting of the Society for Bioacoustics
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Comparative study of cricket auditory organs highlights modification of ossicles like structures and tympanal membranes2021

    • 著者名/発表者名
      Hiroshi Nishino, Mana Domae, Yukihisa Matsumoto, Takuma Takanashi
    • 学会等名
      日本比較生理生化学会第43回大会
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [図書] Functional elucidation of biological interactions in agricultural ecosystems and the application of biomimetics to plant protection, in Biomimetics Connecting Ecology and Engineering by Informatics2022

    • 著者名/発表者名
      Naoki Mori, Takuma Takanashi, Hidefumi Mitsuno
    • 総ページ数
      24
    • 出版者
      Jenny Stanford Publishing
    • ISBN
      9781003277170
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [図書] 音響学講座10 音響学の展開  以下担当した章(参考) ・高梨琢磨 発声・発音系(昆虫類)202-205. ・高梨琢磨、向井裕美、音声コミュニケーション(昆虫類) 239-245.2021

    • 著者名/発表者名
      高梨琢磨、向井裕美ら
    • 総ページ数
      304
    • 出版者
      コロナ社
    • ISBN
      9784339013702
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書

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公開日: 2021-04-28   更新日: 2024-12-25  

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