2019 Fiscal Year Annual Research Report
Development and evolution of heteromorphosis in insects
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19H02970
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
大出 高弘 京都大学, 農学研究科, 助教 (60742111)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
三戸 太郎 徳島大学, 大学院社会産業理工学研究部(生物資源産業学域), 准教授 (80322254)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 後胚発生 / 形態進化 / 昆虫 / コオロギ / 発生遺伝学 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、昆虫が脱皮に伴って「どこ」を変形するのかを規定する分子機構を明らかにすることを目的とする。多様な形態を示しながらも、昆虫のボディプラン（基本的な体の構築）には系統内で高い保存性が見られる。例えば、カブトムシの角は他の多くの昆虫が形成しない構造物であるが、その実体はあらゆる昆虫が形成する頭部の形態学的部品であるclypeolabrumが変形したものである。このように、昆虫が示す多様な形態創出の鍵となるのは、基本的ボディプランを形成した後、あるいは形成しながら、局所的に体の一部を変形する能力にあり、変形する場所を規定する仕組みを明らかにすることで、昆虫の多様な形態の創出を可能にした仕組みを理解することができると考えられる。
この目的のため、本研究では後胚期に体の一部で顕著な局所的変形を示す不完全変態昆虫であるフタホシコオロギをモデルとして研究を進めている。今年度は、胸部の翅発生をモデルとして、翅が由来する形態領域の特定を進めた。遺伝子発現・機能解析やゲノム編集、実験発生学的なアプローチを組み合わせることにより、翅が胚期に形成される背板の一部に存在する特定の領域に由来することが明らかとなった。不完全変態昆虫の翅が由来する形態領域を発生遺伝学的に明らかにした研究はこれまでに報告がなく、世界初の成果である。翅を生じる細胞群、すなわち局所的な形態変化を生み出す細胞群が存在する領域を特定できたことにより、今後他の領域との違いを調べることで局所的な変化を生み出す発生機構の解明が期待される。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本研究の目的は、昆虫の多様な形態形成を可能とする発生の進行に伴う局所的な形態変化を制御する仕組みを明らかにすることである。この目的のため、後胚期に体の一部を局所的に変形する不完全変態昆虫であるフタホシコオロギをモデルとして研究を進めている。今年度は、後胚期において局所的に大きな形態の変化を示す胸部の翅発生をモデルとして、 (1)翅が由来する形態領域の特定および(2)翅の局所的変化に関与する因子の探索を進めた。
(1)従来昆虫の翅の発生に関する知見は完全変態昆虫であるキイロショウジョウバエに大きく依存してきた。しかし、ショウジョウバエが示す成虫原基を形成する発生様式は、昆虫の系統内では派生的であり、特に昆虫が示す基本的なボディプランのうち、どの部分から翅が形成されているのか明らかではなかった。本研究では、ショウジョウバエと比較して祖先的な発生様式を示すフタホシコオロギの翅発生を調べることで、この点を明らかにすることを試みた。遺伝子発現、機能解析やゲノム編集、実験発生学的なアプローチを組み合わせることにより、翅は胚期に形成される背板の一部に存在する翅原基領域に由来することが明らかとなった。翅を生じる細胞群、すなわち局所的な形態変化を生み出す細胞群が存在する領域を特定できたことにより、他の領域との違いを調べることで局所的な変化を生み出す発生機構の解明が可能になると考えられる。
(2)(1)で特定した翅原基領域と、翅原基領域と連続しながら翅形成に関与しない領域（非翅原基領域）で発現する遺伝子を網羅的に比較することで、局所的な形態変化を誘導する遺伝子の探索を進めている。実際に1,000個以上の遺伝子について発現に差があることが判明した。
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| Strategy for Future Research Activity |
今年度の成果に基づいて、翅原基領域の運命決定機構の解明を目指す。具体的には、翅原基領域で高い発現を示す遺伝子群の中から翅発生に大きく関わる遺伝子群を選抜し、さらにそれらの遺伝子群の翅原基細胞群の運命決定への関与を調査する方針である。これにより、局所的変形を示す器官に共通して観察される、後胚期での非相似的成長とパターン変化を可能とする細胞状態の形成に関する基礎的知見が得られることが期待される。
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Research Products
(1 results)
