| 研究課題/領域番号 |
19J22242
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| 研究機関 | 京都大学 |
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研究代表者 |
井戸川 直人 京都大学, 農学研究科, 特別研究員(DC1)
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| 研究期間 (年度) |
2019-04-25 – 2022-03-31
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| キーワード | 単為生殖 / 系統解析 / ヒメアリ / ミトコンドリアゲノム |
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| 研究実績の概要 |
新型コロナウイルス感染症の流行により、予定していた海外調査の延期を余儀なくされたため、遺伝子解析や論文執筆により多くの時間をかけて取り組んだ。
本研究計画では、社会性昆虫の女王が一部のワーカーとともに集団で移動し、コロニーが分裂することで新巣を創設する「分巣」という巣レベルの繁殖様式に注目している。この様式を採用する種は歩行による短距離分散しか行なわないため、移動能力に乏しく、地域間の遺伝的変異が大きいことが予想された。そこで、研究計画の主要な材料であるキイロヒメアリについて、国内各地の個体群の系統関係を明らかにするため、本種のミトコンドリアゲノムの配列を決定したうえで、COI領域を用いた系統解析を行なった。その結果、個体群間に配列の差異はなく、日本におけるキイロヒメアリの遺伝的多様性が低いことが示唆された。
またキイロヒメアリは、オスが発見されておらず、女王が交尾することなくワーカーと次世代の女王を生産する単為生殖種である。昆虫類においては、ボルバキアやリケッチアといった共生細菌による生殖の操作が、上記の産雌性単為生殖を誘発することが知られている。キイロヒメアリにみられる産雌性単為生殖が細菌感染により起源したという仮説を検証するため、アンプリコンシーケンス解析による細菌叢解析を実施した。キイロヒメアリの各カーストの成虫体内から得たサンプルを解析したところ、膜翅目において単為生殖を誘発することが報告されている細菌は検出されなかった。この結果から、本種の単為生殖は細菌による操作ではなく、他の要因によって起源したことが示唆された。
これらの成果を査読付き英文誌に投稿し、１報が受理され、１報が査読中である。
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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
当初予定していた台湾での調査が新型コロナウイルスの感染流行により実施できなかったものの、主要な研究対象であるキイロヒメアリを多面的に調べることで、計画遂行に不可欠な基礎的情報を蓄積できた。
突然変異率が高く、母性遺伝をする性質をもつミトコンドリアDNAは、産雌性単為生殖を行なうキイロヒメアリの系統解析のための遺伝マーカーとして有望である。本種のミトコンドリアゲノムを解読し、同属種であるイエヒメアリとともに、フタフシアリ亜科の他種と比較した結果、ヒメアリ属に特徴的と思われる構造レベルの変異（遺伝子の逆転と転座）を発見した。この変異は、分類学的地位が不確定なヒメアリ属を同定する際に有効かもしれない。また、解読されたミトコンドリアゲノムのCOI領域を用いて、国内のキイロヒメアリの系統解析を行なったところ、すべての採集地点のサンプルが同一の配列を示した。これは日本におけるキイロヒメアリの遺伝的多様性の低さを表しており、過去に本種が急速な拡大か選択的一掃を経験したことを示唆している。ミトコンドリアゲノムの解読により、国外の個体群も含めた解析を実施し、本種における産雌性単為生殖の起源と日本への分布拡大プロセスを明らかにする準備が整ったといえる。
アンプリコンシーケンス解析による細菌叢解析では、膜翅目において単為生殖を誘発することが報告されている細菌は検出されなかった。ただし、ショウジョウバエのオス殺しを引き起こすことが知られているスピロプラズマ類が多く検出された。スピロプラズマ類は、単為生殖を行なうアカカミアリからも報告されており、アリ類の繁殖様式において未知の機能をもつかもしれない。今後、抗生物質の投与などの処理によって宿主の細菌叢を操作することで、アリ類における共生細菌の機能を検証できると考える。
以上のようにおおむね順調に成果が得られており、論文の発表も着実に進んでいる。
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| 今後の研究の推進方策 |
最終年である次年度は、室内実験による巣の分裂の記録と、遺伝子解析によるキイロヒメアリの集団遺伝構造の解明に取り組むことで、アリ類における巣の分裂プロセスの解明と、その生態学的帰結の理解を目指す。また、前年度までに得られたデータを論文として発表することにも注力する。
巣の分裂の記録のために、シングルボードコンピュータにカメラユニットを搭載した観察装置を構築し、長時間にわたる自動録画を試みる。このユニットを複数設置することで、多数の巣から同時並行的にデータを取得する。得られた動画からアリの個体数を推定するアルゴリズムを作成し、巣の個体数の経時的変化を自動で記述するシステムを確立する。順調にデータが得られたのちには、分裂した１巣あたりの最適な個体数や女王数についても検討したい。
集団遺伝構造の解析には、新規に解読したキイロヒメアリのゲノムから多型をもつ領域を探索し、マイクロサテライトマーカーを新規に開発する。これまでに開発したマーカーと併せて解析を行ない、巣の分裂の帰結としてもたらされる巣内および個体群の遺伝構造を明らかにする。解析には分布の南限である四国から北限にあたる関東までの複数の個体群を用いる予定である。巣内・巣間の平均血縁度を算出することで、室内実験で観察された巣の分裂パターンに包括適応度の観点から説明を試みる。
以上の計画を進めることで、一連の研究の完成を目指す。また、キイロヒメアリの社会構造や、卵から成虫に至るまでの発生過程など、基礎的な生活史情報は既に蓄積されており、これらを発表するための論文執筆も急ぎたい。
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