Discovery Sagaサイレントキーワード俯瞰

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

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。

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。

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

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.

表現型多型 / 社会性昆虫 / カースト分化 / シロアリ / アブラムシ / 遺伝子発現 / 幼若ホルモン / 進化生態学

本研究課題では,環境依存的に形質を変える表現型多型という性質を顕著に示すシロアリとアブラムシを材料に,カースト分化などのメカニズムを探ることを目的として研究を進めている.
本年度は,社会性昆虫であるシロアリ類の分業や,カースト分化に伴う生理状態の転換機構に関して,コロニーの状況に応じた制御機構の解明を目指し,オオシロアリとネバダオオシロアリを用いて研究を進めた.特に,兵隊や繁殖カーストで特異的に発現する遺伝子の検索を行い,発生プログラムのどのような制御がこのような表現型を作り出すのかを解明することを目標とした.いくつかの遺伝子の単離や発生組織形態学的な知識がえられ、目標に向かい着実な成果をあげている.現在、兵隊特異的遺伝子の単離に成功しており,その機能の解析を行っている.兵隊分化に伴う形態学的および組織学的な基礎の確立に成功し,特に顕著に発達する大顎の伸長機構に現在取り組んでいる.また,winglessやEcRなど,いくつかの発生や変態に関する遺伝子のシロアリホモログも単離している.また,有翅虫(繁殖カースト)の分化における複眼の形成など,シロアリの社会行動を構築する他のカースト分化やそれらの相互作用についても,生態学的な知見とも合わせて研究を開始した。これらの研究成果は幾つかの論文にまとめ,国際誌に発表した.また,8月に行われた国際社会性昆虫学会議では,シンポジウムを企画し,その中で成果の報告を行った.
アブラムシに関しては,卵における発生と単為生殖胚の発生の比較を詳細に観察し,特に共生バクテリアの垂直感染プロセスが,多型個体間で異なることを示した.成果は国際誌に発表することができた.

【研究分担者】
前川清人	富山大学	大学院理工学研究部(理学)	准教授	(Kakenデータベース)
重信秀治	基礎生物学研究所	生物機能解析センター	特任准教授	(Kakenデータベース)