| 研究課題/領域番号 |
22K05670
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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 | 茨城大学 |
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研究代表者 |
二橋 美瑞子 (長内美瑞子) 茨城大学, 理工学研究科(理学野), 准教授 (00422402)
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| 研究期間 (年度) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
4,030千円 (直接経費: 3,100千円、間接経費: 930千円)
2024年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円)
2023年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
2022年度: 1,950千円 (直接経費: 1,500千円、間接経費: 450千円)
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| キーワード | 微細構造 / 鱗粉 / 複眼 / クチクラ / カイコ / RNAi / エリサン / 遺伝子ノックアウト / モスアイ構造 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
生物の表面微細構造は多様な機能をもつ。例えば、蛾の複眼の表面構造（モスアイ構造）は、反射を防ぐ性質を持つため、無反射フィルムに応用されている。また、鱗粉の微細構造は、撥水性や鮮やかな構造色と密接な関係がある。ただし、蛾の複眼をはじめとする、生物が持つ多くの微細構造については、その形成メカニズムがほとんど未解明である。申請者は、カイコの蛹期に翅で高発現する遺伝子について作出したノックアウト個体のうちの１つでは、鱗粉の微小穴がふさがることを発見した。本研究では、カイコを用いて、鱗粉と複眼の微細構造形成に重要な遺伝子群を同定し、翅と複眼という異なる微細構造形成に関わる分子メカニズムの解明を目指す。
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| 研究実績の概要 |
生物の表面微細構造は、その多様な機能から工学的にも着目され、生物模倣（バイオミメティクス）の対象ともなっている。例えば、蛾の複眼の表面構造（モスアイ構造）は、反射を防ぐ性質を持つため、無反射フィルムに応用されている。また、クチクラから成る鱗粉の微細構造は、撥水性や鮮やかな構造色と密接な関係がある。ただし、蛾の複眼や鱗粉をはじめとする、生物が持つ多くの微細構造については、その形成メカニズムがほとんど未解明である。本研究では、カイコを用いて、鱗粉と複眼のクチクラの微細構造形成期に発現する遺伝子の機能解析を行い、微細構造形成に重要な遺伝子群を同定し、翅と複眼という異なる微細構造形成に関わる分子メカニズムの解明を目指す。
2023年度は、鱗粉形成期特異的にカイコの翅で高発現する遺伝子について蛹期翅で局所的RNAi解析を行った。その結果、鱗粉の生える向きや、光学顕微鏡レベルで判定できる鱗粉の形状、および電子顕微鏡レベルにおける微細構造の異常が引き起こされ、ミクロ・ナノレベルの鱗粉構造を制御する遺伝子を複数特定することに成功した。
さらに、モスアイ構造形成に関与する遺伝子の候補を得るため、モスアイ構造を持つエリサンの蛹期複眼のRNAseq解析を行い、モスアイ構造を持つクジャクチョウの蛹期複眼のRNAseqデータと比較したところ、エリサンとクジャクチョウの複眼では高発現する膜タンパク質遺伝子のレパートリーの類似性が高いことが判明した。また、カイコとクジャクチョウの蛹期翅トランスクリプトームとの比較により、翅と複眼では微細構造形成期に発現する遺伝子が一部共通しているが、異なるものも存在し、微細構造の違いに関与している可能性が示唆された。
また、エリサン複眼におけるRNAi解析に向けて複眼色素合成に関与する遺伝子のsiRNAを用いて局所的RNAiの条件検討を行い、複眼着色の抑制に成功した。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
カイコ蛹期翅の局所的RNAi解析によって、鱗粉の生える向きや、光学顕微鏡レベルで判定できる鱗粉の形状、および電子顕微鏡レベルにおける微細構造の異常が引き起こされ、ミクロ・ナノレベルの鱗粉構造を制御する遺伝子を複数特定できた。
モスアイ構造を持つエリサン複眼において、局所的RNAiの予備実験に成功した。さらに、エリサンの蛹期複眼のRNAseq解析を実施し、クジャクチョウのデータとの比較から、モスアイ構造制御候補遺伝子群の類似性が高いことが判明し、今後のRNAi解析の方針を立てることができた。
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| 今後の研究の推進方策 |
カイコの翅で鱗粉形成期特異的高発現するその他のOsiris遺伝子群のノックアウトを行い、鱗粉微細構造への影響をFE-SEMで解析する。色素合成遺伝子のsiRNAを用いてエリサンの蛹期複眼における局所的RNAi解析の条件を最適化するとともに、モスアイ構造形成制御候補遺伝子のノックダウンも試みる。
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