学習行動における進化生物学的研究

2019 年度 実施状況報告書

• 研究課題/領域番号: 18K06417
• 研究機関: 岡山大学
• 研究代表者: 岡田 賢祐 岡山大学, 環境生命科学研究科, 助教 (40550299)
• 研究期間 (年度): 2018-04-01 – 2021-03-31
• キーワード: 生態学

研究実績の概要

本研究計画の大きな目的は以下である。生物は、過去の経験を記憶し、学習する。記憶・学習の至近的なメカニズムを扱う研究は多いが、いくつかの遺伝子で巧妙に制御されている。これまで、その至近メカニズムに注目が集まり、学習の進化とその適応的意義に焦点が当たっていない。本研究では、モデル甲虫を用い、実験的な選択によって生じる学習の進化と個体形質への影響を調べる。実験結果から、分子生物学的・量的遺伝学的知見を取り込んだ生態学的手法を駆使し、表現型から遺伝子レベルまでの情報を抽出し、学習行動の適応的意義を探る。
これまでの成果として、モデル甲虫として有用なオオツノコクヌストモドキを使用して、以下の研究展開をした。最初に行動の変化が神経伝達物質（生体アミン類）によって左右されることを特定した。またその変化によって、本種の行動にも大きく変化することがわかった。その行動を具体的に上げると、闘争行動、分散行動、繁殖行動と歩行活動である。これら行動形質は本種の適応度に大きく寄与するものである。また神経伝達物質は記憶と密接な関係があり、本種の学習に影響を及ぼすことが考えられる。
また量的遺伝学的解析から、本種の学習行動には遺伝的な基盤があり、これら結果は専門の国際誌に掲載された。加えて、現在ではオオツノで記憶制御に関する候補遺伝子を探索し、発見しつつある。つまり探索した遺伝子の塩基配列の違いをシークエンス解析により明らかにしている。有意なアミノ酸配列が検出された遺伝子において、RNA干渉法を行い、記憶・学習行動に関与するか調査を行い、一部の結果は、国際誌に掲載されている。

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

上記に記したように、表現型及び遺伝子に関する学習のデータは蓄積された。これは、当初の計画よりも進むペースが早い。さらに、学習に関係する遺伝子のホモログ遺伝子をオオツノで探索することに一部成功した。そしてオオツノからmRNA抽出およびcDNA作製し、オオツノで機能するそれぞれの遺伝子用のPCR primer作製しており、候補遺伝子もすでに発見済みである。候補遺伝子について、RNA干渉法(RNAi)を行い、個体の適応度成分にどのように影響するかを調べ、着々とデータを蓄積しつつある。甲虫類ではlarval RNAi(幼虫体への二本鎖RNAのインジェクションによるRNAi法)が極めて有効である(伊藤ら2010, Tomoyasu et al. 2009)。クローニングした遺伝子についてlarval RNAi 法を用い、学習行動に関与する遺伝子のスクリーニングが成功し、一部の結果をすでに学術誌に掲載されている。従って、来年度以降も計画に支障がなく、研究計画を進めることができる。

今後の研究の推進方策

繰り返しになるが、表現型及び遺伝子に関する学習のデータは蓄積されている。今後は蓄積されたデータ国際誌に掲載することが大きな目標である。すでに一部のデータはすでに掲載済みであり、掲載された雑誌は国際的に評価の高い科学雑誌である。これに続くように、今後は残りのデータを掲載するために必要な実験を行うととも論文執筆を行う。また、学会や研究会などで情報を収集し、よりインパクトの高い研究成果に昇華することを目的とする。研究結果はScience, Nature, PNAS, Current Biology, Royal Society等に掲載するように努め、その際に国内プレス発表を通じて、新聞等のメディアに研究成果を発信する。また日本応用動物昆虫学会、日本生態学会、個体群生態学会、またこれら学会に関係する国際会議などで成果発表することを考えている。

研究成果

• [雑誌論文] Mating experience induces females to avoid harmful males in the beetle Lasioderma serricorne (2019)
  • 著者名/発表者名: Kensuke Okada, Yu; Suzaki, Rikiya Sasaki, Masako Katsuki
  • 雑誌名: Animal Behaviour 巻: 154 ページ: 39-46
  • DOI: https://doi.org/10.1016/j.anbehav.2019.06.005
  • 査読あり
• [雑誌論文] Loser-effect duration evolves independently of fighting ability (2019)
  • 著者名/発表者名: Kensuke Okada, Yasukazu Okada, Sasha R. X. Dall, David J. Hosken
  • 雑誌名: Proc. R. Soc. B 巻: 286 ページ: 20190582
  • DOI: http://dx.doi.org/10.1098/rspb.2019.0582
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] A specific type of insulin-like peptide regulates the conditional growth of a beetle weapon (2019)
  • 著者名/発表者名: Yasukazu Okada, Masako Katsuki, Naoki Okamoto, Haruna Fujioka, Kensuke Okada
  • 雑誌名: PLOS Biology 巻: 17 ページ: e3000541
  • DOI: https://doi. org/10.1371/journal.pbio.3000541
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著