On molecular mechanism to produce phenotypically adaptive variation among genetic clones of ants

2020 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 19H02964
• Research Institution: Hokkaido University
• Principal Investigator: 遠藤 俊徳 北海道大学, 情報科学研究院, 教授 (00323692)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 長谷川 英祐 北海道大学, 農学研究院, 准教授 (40301874) ; 伊藤 文紀 香川大学, 農学部, 教授 (50260683) ; 里村 和浩 北海道大学, 情報科学研究院, 特任助教 (90815804)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: イカリゲシワアリ / 反応閾値 / 遺伝的クローン / 嗅覚受容体

Outline of Annual Research Achievements

本研究計画では、コロニー内の全メンバーが遺伝的クローンであるイカリゲシワアリ（Tetramorium lanuginosum）を材料に用い、各ワーカーの表現型の一つであ
る糖に対する反応閾値（個々の個体がどの濃度からメレジトース溶液を飲み始めるかの値）の個体間変異を測定し、個体間変異と集団内分布が存在すること、集団内の反応閾値分布が、時間と共に環境に適応的に変化することを示し、その変化がどのような分子的機構によって出現するかを特定し、無性生殖の生物の適応的な表現型分散が遺伝子型ではなく、その塩基配列上に起こる化学的修飾に基づくエピジェネティクスによって制御されている事を示すことを目的とする。
前年の結果から、誘因餌をミルワーム抽出液を行動判定に用ると反応閾値の変化が起こることが示唆されていたので、サンプル数を増やして実験を繰り返し、反応閾値の変化が偶然によらないことを検証した。また、NGSによる全ゲノムドラフト解読結果に基づいて探索し、嗅覚受容に関わる遺伝子の候補について、多数のエクソンから構成される遺伝子であることが推定されたので、点変異、オルタナティブスプライシング、エピジェネティックな変化という視点からデータ解析を進めた。しかし、標本のアリは非常に小型であり、DNA抽出に際して固有の夾雑物を除ききれず、NGS解析に必要な品質の確保が難しかったことに加え、コロナ禍となったために再採集にも困難を来たして、採集可能な時期が過ぎてしまったため、年度内の進捗が限られた。また、嗜好性が近縁種とは異なるためか、リファレンスゲノムの相同配列部分は見つかったものの相同性がやや低く、機能的保存領域の同定が難航した。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

標本のアリは非常に小型であり、DNA抽出に際して固有の夾雑物を除ききれないという問題が生じて、NGS解析に必要な品質の確保が難しかったため、数回、DNA抽出のやり直しをした。また、当該年度のほとんどがコロナ禍となったために、再採集にも困難を来たし、採集可能な時期が過ぎてしまったために年度内の進捗が限られた。嗜好性が近縁種とは異なるためか、リファレンスゲノムの相同配列部分は見つかったものの相同性がやや低く、機能的保存領域の同定が難航した。また、コロナ禍のために、オンライン講義準備等に多くの時間を要したことに加え、研究活動にも大きな制約がかかり、進捗に困難があった。

Strategy for Future Research Activity

次年度に再度の標本採集を行い、反応閾値の変化に伴う遺伝的変化がないか、再度のNGS解析を行う。また、非遺伝的（エピジェネティック）な変化が生じていないか、行動閾値の異なる個体のバイサルファイトシーケンスを行い、行動閾値の違いの要因を探る。