【研究分野】進化生物学

【研究領域課題番号】23370096 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

ゲノム / 遺伝子 / 進化 / 環境適応 / トランスクリプトーム / 次世代シーケンサ / 遺伝子強制発現 / ショウジョウバエ / 遺伝学 / cDNA / 人為選択 / 塩基多様度 / 集団解析

【研究成果の概要】

本研究は、近年、分布を熱帯から温帯に急速に広げたアカショウジョウバエについて、低温環境への進化的適応の分子機構を明らかにすることを目的とした。温帯産と熱帯産の系統の間で低温耐性を比較したところ、平均して温帯産の低温耐性は熱帯産よりも高く、その大きな要因として低温順化の効果が高いことが分かった。そこで、アカショウジョウバエで低温順化によって発現量が変化する遺伝子を調べ、その発現量の変化をキイロショウジョウバエで遺伝子操作技術を用いて再現したところ、いくつかの遺伝子の発現量の変化が実際に低温耐性を向上させることが分かった。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2011-04-01 - 2014-03-31

【配分額】19,500千円 (直接経費: 15,000千円、間接経費: 4,500千円)

【研究分野】神経科学一般

【研究領域課題番号】12480237 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

ミツバチ / 社会性昆虫 / 行動 / カースト / 神経系 / 脳 / 遺伝子 / cDNA / 本能行動 / キノコ体 / 神経細胞 / 遺伝子発現 / cDNAクローニング

【研究成果の概要】

ミツバチは社会性昆虫であり、その働き蜂は8字ダンスにより仲間に花の位置を教えるという高次行動を示す。ミツバチの脳では感覚統合や記憶・学習の中枢であるキノコ体が顕著に発達しており、キノコ体を構成する介在神経(ケニヨン細胞)は、細胞体の大きさから、大型と小型の2種類に分類される。我々はミツバチの高次行動に関わる遺伝子の候補として、大型と小型のケニヨン細胞の各々に特異的に発現する遺伝子(Mblk-1とKs-1)を同定しているが、本研究ではこれら2つの遺伝子のcDNAの単離と解析を行った。
その結果、Mblk-1遺伝子は新規なDNA結合タンパク質をコードすることを見出し、このタンパク質が転写促進活性をもつことを示した。これは、昆虫の脳でキノコ体特異的に発現する転写因子を同定した世界で初めての例であり、昆虫の脳機能の分子基盤を理解する上で、重要な知見である。また、その線虫ホモログも脳の神経細胞特異的に発現することを示し、Mblk-1の機能が動物種を超えて保存されることを示唆した。一方、小型ケニヨン細胞に選択的に発現するKs-1遺伝子のcDNAは、タンパク質をコードすると思われるORFを含まず、その転写産物(RNA)は中枢神経系の細胞核に穎粒状に局在することを示した。Ks-1遺伝子産物は、非翻訳性核RNAとして神経機能の調節に働くと考えられる。これは、神経細胞のサブタイプに特異的な核RNAを見出した初めての例であり、RNAの新しい機能を知る手掛かりになると期待される。この他本研究では、ミツバチのカースト特異的行動や攻撃行動を規定する遺伝子候補として、女王蜂の脳で選択的に発現するQ7遺伝子やQM〓遺伝子や、攻撃性が高い働き蜂(門番蜂)の脳で選択的に発現する、Agg-1やAgg-2遺伝子を同定した。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2000 - 2001

【配分額】14,400千円 (直接経費: 14,400千円)

【研究分野】生物形態・構造

【研究領域課題番号】10440246 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

生殖腺刺激ホルモン / αサブユニット / βサブユニット / 分子構造 / 分子進化 / cDNA / 黄体形成ホルモン / 濾胞刺激ホルモン / 脊椎動物 / ホルモン / 遺伝子 / 脳下垂体 / cDNAクローニング / 系統進化 / 肺魚 / ドチザメ

【研究成果の概要】

A.脊椎動物における脳下垂体糖タンパク質ホルモンαサブユニットの進化
1)肺魚類、硬鱗魚類、板鰓魚類、両生類、爬虫類のαサブユニットcDNAのクローニングに成功し、この分子は条鰭類では他のものにおけるより進化速度がはるかに速いと考えられることを明らかにした。
2)上記のことは、脳下垂体の構造についてもいえて、条鰭類のみが他の動物とは明らかに異なった構造をしている。板鰓類や肺魚類の脳下垂体の構造は、条鰭類よりも四足動物の構造に似ている。
3)四足動物の中でも無尾両生類のBufo属やRana属のαサブユニットは急速に進化して、特殊化していることを明らかにした。
B.脊椎動物における生殖腺刺激ホルモンβサブユニットの進化
1)肺魚類の濾胞刺激ホルモン(FSH)様サブユニット、両生類及び爬虫類のFSH及び黄体形成ホルモン(LH)のサブユニットのcDNAのクローニングを行い、これらのサブユニット分子の一次構造を推定することが出来た。
2)一般に、脊椎動物の中では濾胞刺激ホルモン(FSH)のβサブユニットのほうが、黄体形成ホルモン(LH)のβサブユニットよりもその分子構造がよりよく保存されていることを明らかにした。
2)さらにFSHβにくらべLHβの進化速度は、高等な四足動物においてはそれまでより速くなったと考えられる。
C.総括
生殖腺刺激ホルモンのサブユニット分子の進化速度は、脊椎動物の中でも決して一定でなく、ホルモンの種類によっても、また動物のグループによっても、かなり異なることが分かった。これらの結果はミトコンドリアDNAなどによる脊椎動物の系統のについての研究結果と一致する点もあるが異なる点もあって、脊椎動物の進化について重要な示唆がえられた。脳下垂体の構造についても同じようなことが考えられた。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】1998 - 2000

【配分額】10,500千円 (直接経費: 10,500千円)