Discovery Sagaサイレントキーワード俯瞰

構造色 / コガネムシ / 円偏光 / 進化 / 天然変成タンパク質 / 発色機構

コガネムシの1種ナミハナムグリの構造色発色に必須の遺伝子として同定したLCP1 は、調べた全ての昆虫がよく似た配列の遺伝子を持っていた。LCP1 のRNAiを蛹期に行ったところ、コガネムシ科では広く構造色発色に必須であるが、他の甲虫類では構造色に関係しないことがわかった。一方、ハムシ科、ゴミムシダマシ科など複数の科の種で、LCP1が大顎の着色に関与していることが分かり、元来は大顎の発育などに関わる遺伝子であるLCP1が、進化の過程でコガネムシでのみ構造色発色構造の構築という新規機能を獲得した可能性が示唆された。

構造色はテレビの自然番組などでもよく紹介されるように幅広い興味を持たれている現象であるが、いまだにわかっていることは非常に少ない。本研究により、世界で初めて、生物がどのような遺伝子を使ってどのように構造色発色構造を作り、その構造色機構がどのように進化してきたかを明らかにする事ができた。本研究の成果は、安価で環境にやさしい生物材料を使い低エネルギー、CO2フリーで構造色素材や光学補償板などの光学素子を作製する新規の生物模倣技術の開発につながることも期待される。

構造色 / コガネムシ / コレステリック液晶 / 円偏光

昆虫が持つ多彩な構造色は、特殊な光学特性を持つ微細構造から生じる。しかし、昆虫がそのような発色構造を作り出す詳しいメカニズムは分かっていない。コガネムシ類は、自然界でも非常に珍しいコレステリック液晶による円偏光のある構造色を持つ。また、RNAiがよく効くことに加え、申請者は簡便な遺伝子導入技術の開発にも成功している。そこで本研究では、コガネムシの構造色を生み出す分子機構/遺伝子基盤を解明することを目的として、ナミハナムグリを材料に用い、①構造色を持つ組織で特異的に発現する遺伝子を探索した後、②それらのRNAiや過剰発現実験により実際に構造色発色に関わる遺伝子を同定する。
まず、黒眼期の蛹および前成虫のナミハナムグリ（Cetonia pilifera）の前翅、後翅、胸部背面、胸部腹面、腹部背面、背部背面の６種類の組織からRNAを抽出し、RNA-seq解析を行ったところ、つや消し構造色が見られる２種類の組織（前翅と胸部背面）では発現するが他の４組織では発現しない遺伝子、また、コレステリック液晶構造色が見られる４種の組織（前翅、胸部背面に加えて胸部腹面と背部背面）では発現するが後翅と腹部背面では発現しない遺伝子がそれぞれ複数得られた。さらに、これらの遺伝子の発現をRT-PCRで調べ、その発現の組織特異性を確認した。また、他の虫で皮膚の硬化に関わることが分かっているlaccase 2、色素色発色に関わることが分かっているebony, yellowなどの遺伝子も構造色が見られる様々な組織で発現していることがわかった。
次に、laccase 2遺伝子のRNAiをナミハナムグリの蛹期で行ったところ、成虫の皮膚の硬化が抑えられると同時に皮膚の着色も抑えられ、構造色発色にlaccase 2を介した皮膚の硬化が必要であることが分かった。他の遺伝子の機能解析実験は現在進行中である。

【研究分担者】
鈴木倫太郎	国立研究開発法人農業・食品産業技術総合研究機構	高度分析研究センター	上級研究員	(Kakenデータベース)
石川謙	東京工業大学	物質理工学院	准教授	(Kakenデータベース)
安藤俊哉	基礎生物学研究所	進化発生研究部門	助教	(Kakenデータベース)

【研究分担者】
石川謙	東京工業大学	その他部局等	准教授	(Kakenデータベース)