| 研究課題/領域番号 |
18K06371
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| 研究機関 | 国立研究開発法人農業・食品産業技術総合研究機構 |
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研究代表者 |
鈴木 誉保 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, 研究員 (40442975)
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| 研究期間 (年度) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| キーワード | 進化生物学 / 進化発生学 / 比較形態学 / 発生生物学 / 昆虫生物学 |
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| 研究実績の概要 |
蝶蛾の翅模様のモジュール構造の解明を目的として、以下の３項目の実験に取組んだ。
（研究項目１）カイコの翅模様のグラウンドプランがもつモジュール性を明らかにするために、中央相称系の上流で発現していると期待されるwntA遺伝子の欠損系統の作出に取組んだ。まず翅模様をはっきりと提示しているカイコ系統を選び、その系統でのゲノム編集技術の確立に取組んだ。当研究室で遺伝子組換えやゲノム編集に利用している系統はシルク生産量の多いものを選んでいるため、翅模様は個体間でばらつき明瞭でないからである。インジェクション時に非休眠にする技術などの適用に成功し、翅模様系統でゲノム編集が行えるようになった。現在、TALENによりwntA遺伝子の欠損を進めている。
（研究項目２）様々な擬態をした蝶の翅模様がもつモジュール構造を明らかにするために、枯葉、地衣類、岩への擬態、ミュラー擬態、ベーツ擬態をした蝶９種について構造分析に取組んだ。グラウンドプランなどの１１要素について調べた。いずれの翅模様も要素の集合へと分解されることを示した。また、擬態と密接な関係のある要素があるかどうかも統計的に調べ、ripple模様が隠蔽型擬態に強く関わり、venous模様が標識型擬態に強く関わることなどを明らかにした。以上の内容は査読つき論文として発表した。
（研究項目３）模様に関わる遺伝子のシス制御のモジュール性を明らかにするために、黒色形成遺伝子yellowのエンハンサー解析をかねてから進めてきて、査読つき論文として報告した。さらに、グラウンドプランの模様に関わる遺伝子wntAのシス制御領域の同定に取組んだ。カイコを含めた蝶蛾１２種のゲノム配列を比較し、保存された領域を見つけた。現在、当該領域のクローニングを進めている。
蝶蛾の翅模様のモジュール構造とその進化について和文総説２報、数理解析手法について書籍１章を報告した。
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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
研究項目１については、カイコの翅模様が明瞭な系統でインジェクションできる系を構築できたことは大きな進展である。また、TALENの設計やプレ実験でのゲノム編集効率等もよく、順調にwntA遺伝子の欠失が期待される。
研究項目２については、これまで擬態模様のモジュール性は枯葉擬態でのみ明らかであったが、岩、樹皮を覆う地衣類、ミュラー擬態、ベーツ擬態など様々な擬態模様でも成立していることを明らかにできたことは大きな成果である。さらに査読付きの論文としても報告できた。形態学の老舗の雑誌であるJournal of Morphologyに、鱗翅目昆虫の翅模様の形態学が受理されたことも今後の研究の進展を考えると重要であると考える。
研究項目３については、カイコでの（プロモーター近傍にとどまらない）エンハンサー解析は世界で初めての成果であり、査読付きの論文として報告できたことは今後をにらんでの試金石としては重要である。
また、蝶蛾のグラウンドプランなどについて和文総説を２報まとめられ、モジュール構造を解析する数理手法についても書籍の１章で報告できたことは、しっかりと地盤を固める点でも大切である。
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| 今後の研究の推進方策 |
主として以下の３項目に取り組む。
（研究項目１）カイコ翅模様系統でのwntA遺伝子の欠損系統を確立し、翅模様にどのような影響が出るかを観察する。先行研究の蝶を利用した知見からは、グラウンドプランの中央相称系の形成に関与していることから、カイコでも同様に中央相称系の要素が欠失することを期待している。また、カイコを含めた鱗翅目昆虫の翅原基で発現している遺伝子群の網羅的な解析をRNA-seq等で行うための、total RNAのサンプリングを進める。いくつかの鱗翅目昆虫について、翅原基の発生時間を厳密に決定するための飼育観察システムの構築に取り掛かる。時間の許す限り、ゲノム編集をしたG0当代でその影響をみるG0アッセイ法についてもインジェクションの条件等を検討したい。
（研究項目２）擬態した蝶の模様の進化の解明に取り組む。２０１８年度に代表的な擬態模様がモジュール構造をなしていることを既に論文として報告した。この擬態模様について、どのように多様化・複雑化への進化を果たしたのかを調べる。また必要に応じて、新しい数理技術の適用・開発に取り組む。また、モジュール性をもった模様要素について、マクロ進化での動態を調べる数理手法の適用・開発に取り組む。
（研究項目３）wntAのシス制御領域の同定に取り組む。２０１８年度に蝶蛾１２種のゲノム配列を比較して保存領域を見つけている。当該領域をクローニングし、GFPとつなげたプラスミドを構築し、カイコのゲノムに組み換えた系統を作出する。また、最近ゲノム配列を比較する方法が多く開発されてきているので、新しい手法を取り入れて、ゲノム配列のより精度のよい比較方法を検討する。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
カイコ翅模様系統での遺伝子組み換え技術の確立が順調に進んだため、予定していたカイコの飼育に関わる費用が不要になったため。生じた来年度への繰り越し金はwntA遺伝子の欠損系統の確立等に必要なカイコ飼育に主として用いる予定である。
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