【研究分野】生態・環境

【研究領域課題番号】25251041 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

シロアリ / 社会性 / ゲノミクス / DNAメチル化 / カースト / 遺伝子発現 / 形態形成因子 / トランスクリプトーム / ゲノム / ソシオゲノミクス / カースト分化 / コミュニケーション / RNA-seq / 兵隊 / 分化経路 / 個体間相互作用 / フェロモン / 形態形成

【研究成果の概要】

本研究課題では、社会性昆虫であるシロアリ類について、社会性のゲノム基盤の解明を目的として近年飛躍的に進歩した次世代シーケンシング技術を用いた研究を進めてきた。トランスクリプトーム解析および遺伝子発現解析から、オオシロアリにおける兵隊カーストの分化過程における大顎形成に関わる遺伝子が同定された。また近縁種との比較から、シロアリ祖先系統で多くの遺伝子のアミノ酸非同義置換率が上昇し、正の自然選択圧働いていることが示された。さらに、遺伝子のメチル化のレベルとカースト特異的発現の間には負の相関があることと、遺伝子重複がカースト分化などの高度な社会性に繋がったことなどが示唆されている。

【研究の社会的意義】

アリやシロアリなどの社会性昆虫では、発生過程において個体の形態や行動が明確に分化する「カースト分化」という現象を伴う高度な社会性（真社会性）が見られる。これまで、近代的な分子生物学的手法を用いた研究がアリ・ハチを中心に行われてきたが、シロアリの社会性については研究が後れており、社会性の原理の理解には至っていなかった。本研究では、シロアリのいくつかの種を用いて、トランスクリプトームおよびゲノム解析から、社会性に関わるゲノム基盤を解明しようとするもので、研究開始当初には想像だにしなかった多くの成果を得るに至っている。これらの研究成果から、動物の社会とは何かにつちえ答えが得られることが期待される。

【研究種目】基盤研究(A)

【研究期間】2013-04-01 - 2018-03-31

【配分額】46,020千円 (直接経費: 35,400千円、間接経費: 10,620千円)

【研究分野】生態・環境

【研究領域課題番号】21677001 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

社会性 / ホルモン / フェロモン / 自己組織化 / ソシオゲノミクス / シグナル伝達分子 / カースト / RNA-seq / RNAi / カースト分化 / 遺伝子重複 / リポカリンタンパク

【研究成果の概要】

本研究課題では,シロアリ類の社会組織化の調節メカニズムについて,フェロモンやホルモンなどのシグナル伝達分子に着目し多角的に解明を試みた.本研究により,内分泌因子が環境要因を媒介し,下流の発生制御因子の発現パターンを調節することにより,カースト特異的な形態へと発生することが明らかになった.また,様々な外分泌腺からのカースト特異的なフェロモンによるコロニー調節機構が示唆された.さらにトランスクリプトーム解析に基づいて遺伝子カタログを作成し,大規模かつ詳細な発現解析などが可能となった.

【研究種目】若手研究(S)

【研究期間】2009 - 2012

【配分額】64,480千円 (直接経費: 49,600千円、間接経費: 14,880千円)

【研究分野】生態・環境

【研究領域課題番号】15687001 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

杜会性昆虫 / カースト分化 / 後胚発生 / ボデイプラン / 遺伝子発現 / 成虫原基 / フェロモン / 幼若ホルモン / 社会性昆 / ボディプラン / 社会性昆虫 / 表現型多型 / シロアリ / アリ / 翅形成 / 形態形成

【研究成果の概要】

これまでは,オオシロアリHodotermopsis sjostedtiの兵隊分化過程において,それまで同定を行った特異的発現遺伝子の発現動態などに関して,リアルタイム定量PCR装置を用いた発現動態の解析により,形態形成に重要な働きをすると考えられるいくつかの遺伝子の兵隊分化における発現動態を解析してきた.今年度は新たに,シロアリ類におけるゲノムサイズの推定や兵隊分化に伴う行動の変化とそれを司る神経系の改変機構の解明にも着手した.その結果,多くのシロアリの系統でのゲノムサイズが明らかとなり,今後行われて行くであろうゲノムプロジェクトヘの基礎を築いた.また,兵隊分化にともない特異的に巨大化するニューロンも同定され今後の社会行動の分子基盤解明に向けての展望が開けた.さらに,RNA干渉法などを用いた遺伝子機能の解析の開発にも着手した.現在も進行中であるが,幼若ホルモンで分化誘導をかけ,その過程で発現する遺伝子の機能の推定に大きな手助けとなる.
また,アリの社会性に関しても,これまで得られた,トゲオオハリアリDiacamma sp.やツヤオオズアリPheidole megacephala,カドフシアリMyrmecina nipponicaなどのカースト分化に関する知見を最大限活用し,杜会性の維持機構に迫るべく研究を遂行した.具体的には,トゲオオハリアリのカースト分化決定に関する神経系の改変機構をDifferential Display法により分子レベルで同定した.さらに同定された遺伝子をreal-time定量PCRで発現動態を解析し,行動改変の分子機構に関する洞察が得られた.
このようにアリとシロアリでそれぞれ得られたカースト分化と杜会行動に関する分子生物学的・発生整理学的知見を総括し,社会性を維持するための必須の分子機構とその進化に関する考察を行う.
本年度は8月に日本進化学会(仙台),3月に日本生態学会(新潟)に参加して研究成果を報告するとともに,国際的な科学雑誌にいくつかの重要な論文を公表することができた.

【研究種目】若手研究(A)

【研究期間】2003 - 2005

【配分額】28,080千円 (直接経費: 21,600千円、間接経費: 6,480千円)