アスタシンメタロプロテアーゼから迫る線虫捕食行動のメカニズムとその進化

虾红素金属蛋白酶揭示线虫捕食行为的机制和进化

基本信息

批准号：
22KJ2327
负责人：
井下結葵
金额：
$ 1.09万
依托单位：
Hiroshima University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2023
资助国家：
日本
起止时间：
2023-03-08 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

動物の行動がどのような遺伝子機能の変化によって獲得されてきたかについてはほとんど明らかにされていない。線虫Pristionchus pacificusは、バクテリア摂食行動と他の線虫に対する捕食行動という二つの異なる摂食行動を示す。バクテリア摂食は同一クレードの線虫で広く見られる行動であるのに対し、捕食行動はP. pacificusが属するDiplogastridae科の線虫でのみ見られることから、捕食行動は進化的に派生的な行動であると考えられている。私はこれまでに、順遺伝学・逆遺伝学的手法を用い、アスタシンメタロプロテアーゼの一種（以下、アスタシン）が捕食に必要であることを突き止めた。アスタシン変異体では、捕食時の歯の運動が減少することに加え、歯の周辺に異常な構造が生じることを明らかにした。さらにP. pacificusおよび捕食性を示さない線虫であるC. elegansでのレスキュー実験により、アスタシンの分子機能は二種間で保存されているが、P. pacificusではC. elegansと異なる細胞でアスタシンが機能し、捕食性に寄与することを示した。発現レポーターを用いた実験から、cis, trans調節配列の違いによって二種間でのアスタシンの発現パターンが変化したことが示唆された。以上より、単一のアスタシンメタロプロテアーゼが機能する細胞を変えることで、捕食に関わる形質が進化したことが示唆された。

对于导致动物行为的基因功能变化知之甚少。太平洋Pristionchus线虫表现出两种不同的摄食行为：以细菌为食和以其他线虫为食。细菌取食是同一分支线虫中广泛存在的行为，而捕食行为仅出现在太平洋对虾所属的双腹线虫中，这表明捕食行为是一种进化衍生的行为。通过正向和反向遗传方法，我发现捕食需要一种虾红素金属蛋白酶（以下简称虾红素）。我们发现，在虾红素突变体中，捕食期间牙齿的运动减少，并且牙齿周围出现异常结构。此外，对太平洋对虾和线虫（一种非捕食性线虫）的拯救实验表明，虾红素的分子功能在两个物种之间是保守的，并有助于捕食行为。使用表达报告基因的实验表明，由于顺式和反式调控序列的差异，两个物种之间虾红素的表达模式发生了变化。这些结果表明，与捕食相关的性状是通过改变单个虾红素金属蛋白酶发挥功能的细胞而进化的。