| 研究課題/領域番号 |
21K05621
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分39050:昆虫科学関連
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| 研究機関 | 東北学院大学 |
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研究代表者 |
土原 和子 東北学院大学, 教養学部, 准教授 (10300823)
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| 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)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2022年度)
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| 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)
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| 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 |
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| 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。
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| 研究実績の概要 |
2022年度は、昨年度決定したカイコの系統（遺伝子操作がすでにおこなわれている系統）から,顕微鏡下で確認しながら音受容性の機械感覚子の細胞体と音受容性ではない機械感覚子の細胞体を別々に多数(200-300本）集め、total RNAの抽出をおこなった。RNAの抽出後、以下の２つの実験をおこなった。
１）既知の音受容に関わる遺伝子の探索 ショウジョウバエにおいては音受容に関わる遺伝子がすでに同定されている。TRP channelが音受容に関わっていることがわかっているので、カイコの遺伝子データから相動性の高い遺伝子を探索した。すでにカイコではTRP channelが同定されていたが熱感受性として同定されている。そこで、機械受容体の細胞体にTRP channel遺伝子があるか確認した。現在のところRT-PCRにおいては遺伝子の増幅は確認できていない。
２）カイコ機械受容体細胞からの新たな音受容体遺伝子の探索 ４齢から５齢になる眠の時期にDNAからRNAへの転写がおこなわれると考えられるので、その時期のカイコから、音受容性の機械感覚子を細胞体ごと300本、音受容性ではない機械感覚子も同等数集め、RNAを抽出し、RNAseqをおこなった。詳細な解析はこれからであるが２種類の感覚子においてわずかながら差がみられた。ただし、細胞体の大きさが違うことから、音受容性の機械感覚子のRNAの量が少なく、読めた遺伝子の数が少ない可能性もあるため、量を増やしてもう一度RNAseqをおこなうほうがよいと考える。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
3: やや遅れている
理由
カイコの聴覚をモデルとして、チョウ目の幼虫にみられる新たに発見した感覚子型の「聴覚器」の特性を、2022年度は分子からの解析の研究を遂行した。
チョウ目幼虫のカイコにおける音受容体の同定および機能解明を目指すにあたり、３年間で以下の３つの項目を計画した。1) 感覚子（音受容器）が受容する周波数の特定、2) 感覚子における音受容体遺伝子の同定、3) その遺伝子の機能解析（ノックアウトカイコの作成による行動実験）、を行うことにより、音受容体の分子的同定と機能を解明する。その中で2年目の2022年度の研究実施計画としてあげた以下の２項目について記す。
①昨年度、新たに発見した感覚子型の「聴覚器」において行動実験で感覚子が重要な役割を果たしていることがわかったので、その分子機構を明らかにするために、顕微鏡下で確認しながら音受容性の機械感覚子と音受容性ではない機械感覚子を細胞体ごと集めtotal RNAの抽出をおこなった。
②それぞれのRNAから１つは既知の遺伝子を用いたRT-PCRによるTRP channelの同定を、もう１つは新規の音受容性の遺伝子の同定を目指し、音受容性感覚子特異的な遺伝子の同定を目的として遺伝子間のディファレンシャル（差をみる）をおこなうことためにRNAseqをおこなった。
５に既述したように、計画に対して、一定の結果がでているが、以下の理由によりやや遅れている。1)９月頃までコロナの影響で、大学構内における実験が制限されたこと。また、コロナの影響により業者からの必要な消耗品が欠品しており納品が遅れた。2)RNAseqをおこなったが、音受容性の感覚子の細胞体から抽出したRNAの量が少なかったため、満足な結果が得られなかった。そこで、３年目にもRNAseqをおこなう必要がある。以上により、やや遅れている。
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| 今後の研究の推進方策 |
３年目の2023年度は、2022年度に取得できたRNAseqのデータ解析をおこなう。遺伝子解析は以下の２つを考えている。
1)音受容性の感覚子の細胞体から採取したRNAから作成されたライブラリーの遺伝子配列のデータを確認する。そのデータをショウジョウバエなどの音受容に関わる遺伝子や、機械受容に関わる遺伝子と相同性があるものを抽出する。
2)新規の音受容性の遺伝子の同定を目指し、音受容性の機械感覚子の遺伝子と音受容性ではない機械感覚子の遺伝子間のディファレンシャル（差をみる）解析をおこなう。音受容性の機械感覚子に特異的な遺伝子が検索できれば、その遺伝子は音受容性の遺伝子の可能性が高いと考えている。
並行してもう一度音受容性の機械感覚子と音受容性ではない機械感覚子を細胞体ごと多量に集め、total RNAの抽出をおこなう。この際、感覚子の数ではなく分光光度計を使用して量をそろえることする。RNAseq解析の終了後は、上記と同じく遺伝子解析をおこなう。
遺伝子解析により音受容性遺伝子の候補が同定できた場合は、以下の２つの実験を行う予定である。１つ目はRNAseqで特定した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予定である。また、その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のカイコを作成する。そして、音や振動を提示する行動実験により、音受容に対する行動が消失すること、そして、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。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。
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