研究課題
若手研究
生物社会の役割分担の仕組みを理解することは、生物学における最重要課題の一つである。社会生活を営む生物では、高度な分業が発達しており、様々な社会役割を担う個体が集まることにより、集団としての性質が現れている。どのようにその役割分業が決定されているのか知ることは、複雑な社会の成り立ちについての理解を深めるだろう。本研究では、社会性昆虫をモデルとして、彼らの社会を支える分業システムとその決定に関わる分子機構を最先端の分析手法を駆使して解明する。
社会生活を営む生物では、高度な分業が発達しており、異なる社会役割を担う個体が集まることにより、集団としての性質が創発している。その役割分業の決定メカニズムを知ることは、複雑に組織化された社会の成り立ちについての理解を飛躍的に深めるだろう。社会性昆虫であるシロアリは、両性が協働する社会を維持しており、繁殖と労働の分業に加え、雌と雄の間でも役割の分業が見られる。このような性という遺伝的に不変な要素の上に、分業という可塑的な要素が加わった分業システムは、不妊カーストの出現という最重要課題へのアプローチを可能にする画期的な系である。本研究は、社会性昆虫の根幹を成す分業システムとその決定に関わる分子機構を解明する。昨年度までの研究から、野外のコロニーにおいて幼虫の分化運命に父性・母性効果が大きく影響することを突き止めた。また、性的発達状態の異なる王と女王の交配実験を行い、得られた子のカースト分化運命を調査し、精子を介して伝わるエピジェネティックな遺伝情報が、子の分化運命を変えることを発見した。本年度は、その分子基盤の探索を行うため、王の性的発達に伴い特異的に変化するDNAのメチル化部位を特定した。また、王の性的発達に伴いメチル化率が変化し、子の分化運命に影響すると考えられる遺伝子をリスト化した。
1: 当初の計画以上に進展している
これまでの成果を踏まえ、順調に発見を掘り下げることができており、順調であったと言える。具体的には、精子ゲノムのメチル化が真社会性昆虫の分業システムに関与していることを示唆する成果を得た。また、本プロジェクトの成果が５報の論文として、PNAS Nexus、Scientific Reportsを始めとした国際学術誌に掲載された。
ヤマトシロアリは単為生殖（末端融合型オートミクシス）能力を持ち、単為発生により全遺伝子座がホモとなった雌から未受精卵を回収し、孵化させることにより、同じ遺伝子セットを持つ姉妹を大量に得ることが可能である。また、単為生殖により生産された幼虫は、孵化後の社会環境により分化運命が変化することがわかっており、創設虫に育てさせた場合はワーカーに、成熟コロニーのワーカーに育てさせた場合はニンフに分化する。これを利用し、カースト決定の分子基盤を特定するため、単為生殖により生産された雌から未受精卵を回収し、創設虫またはワーカーに育てさせ、１齢・２齢幼虫の時点でRNA-seq解析を行い、生来の分化運命によって発現量が変化する遺伝子群を明らかにする。その後、RNAiにより遺伝子発現抑制を行い、分化運命の決定に関与する遺伝子を特定する。
すべて 2023 2022 2021
すべて 雑誌論文 (9件) (うち査読あり 9件、 オープンアクセス 5件) 学会発表 (18件) (うち国際学会 5件)
Scientific Reports
巻: 13 号: 1 ページ: 8809-8809
10.1038/s41598-023-36035-1
PNAS Nexus
巻: 2 号: 7 ページ: 1-12
10.1093/pnasnexus/pgad222
The Science of Nature
巻: 110 号: 4 ページ: 35-35
10.1007/s00114-023-01865-6
Dev Growth Differ
巻: 65 号: 7 ページ: 374-383
10.1111/dgd.12873
PLOS ONE
巻: 18 号: 11 ページ: e0293096-e0293096
10.1371/journal.pone.0293096
iScience
巻: 26 号: 3 ページ: 106207-106207
10.1016/j.isci.2023.106207
Proceedings of the Royal Society B: Biological Sciences
巻: 290 号: 1990 ページ: 20221942-19422
10.1098/rspb.2022.1942
Biology Letters
巻: 17 号: 12 ページ: 20210540-20210540
10.1098/rsbl.2021.0540
Philosophical Transactions of the Royal Society B: Biological Sciences
巻: 376 号: 1823 ページ: 20190740-20190740
10.1098/rstb.2019.0740
120007186026
