ミツバチの高次行動を支配する遺伝子の単離と解析

1997 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 09480228
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 久保 健雄 東京大学, 大学院・薬学系研究科, 教授 (10201469)
• キーワード: ミツバチ / キノコ体 / 高次行動 / IP3受容体 / 社会性昆虫 / cDNAクローニング / RNA / 膜翅目

研究概要

ハチやアリなどの膜翅目の昆虫の多くは社会性を持ち、昆虫の中でも最も成功した種族とされている。特にミツバチは8の字ダンスで花の位置を教え合うなど高度な行動を示すが、その分子的基盤については全く不明である。さて、ミツバチの脳では記憶や学習の高次中枢と考えられているキノコ体が格段に発達しており、その機能の高度化が、ミツバチが高次行動を獲得した大きな原因となった可能性がある。
本研究では、ミツバチの高次行動を支配する脳の神経回路と、そこに働く分子機構を解明する目的で、キノコ体の領野特異的に発現する遺伝子をDifferential display法により探索し、世界で初めて以下の3種の遺伝子を単離した。
(1)大型Kenyon細胞特異的なM5遺伝子;ミツバチのキノコ体を構成する介在神経細胞であるKenyon細胞は、細胞体の大きさから大型と小形の2種類に分類され、それぞれ異なる領野を形成する。M5遺伝子は大型Kenyon細胞特異的に発現し、その蛹期における発現解析からミツバチのキノコ体の成立過程を初めて明らかにした。
(2)小型Kenyon細胞特異的なKs遺伝子;小型Kenyon細胞は、種々の感覚信号を連絡、統合する領野を形成し、特に8字ダンスなどの行動の成立には重要であると考えられる。この遺伝子の9.5kbpにおよぶcDNAを同定した結果、Ks遺伝子の転写産物は蛋白をコードせず、RNAとして機能する可能性が示唆された。
(3)IP3受容体(IP3R)遺伝子;ミツバチではIP3R遺伝子の発現がキノコ体で亢進していることが判明した。ショウジョウバエではIP3R遺伝子は脳全体に発現することから、ミツバチのキノコ体の機能の高度化が、情報処理能力の亢進という、質的変化を伴うことが示唆された。
以上の知見は、申請者らのグループが初めて明らかにしたものであり、その学術的価値は極めて高い。現在、ミツバチの脳の分子的解剖は世界でも申請者らのグループだけが行っており、その研究成果は大きな波及効果を持つと期待される。

研究成果

• [文献書誌] Kamikouchi,A: "Preferential expression of the gene for a putative inositol 1,4,5-triphosphate receptor homologue in the mushroom bodies of the brain of the worker honeybee Apis mellifera L." Biochem.Biophys.Res.Commun.242. 181-186 (1998)
• [文献書誌] Ohashi,K: "Change in the mode of gene expression of the hypopharyngeal gland cells with an age-dependent role change of the worker honeybee Apis mellifera L." Eur.J.Biochem.249. 797-802 (1997)
• [文献書誌] Shimoaraiso,M: "Identification of the region in yeast S-II that defines species specificity in its interaction with RNA polymerase II." J.Biol.Chem.272. 26550-26554 (1997)
• [文献書誌] Sekizawa,Y.: "Molecular cloning of cDNA for lysenin,a novel protein in the earthworm Eisenia foetida that causes contraction of rat vascular smooth muscle." Gene. 191. 97-102 (1997)