シロアリの兵隊カースト分化における形態形成の分子メカニズムと社会進化に関する研究

白蚁兵种分化形态发生和社会进化的分子机制研究

基本信息

批准号：
02J08585
负责人：
越川滋行
金额：
$ 1.92万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2002
资助国家：
日本
起止时间：
2002 至 2004
项目状态：
已结题

项目摘要

社会性昆虫の生態において最も重要な要素であるカースト分化は、生態学・進化学において非常に興味深い対象であるにもかかわらず、その機構に関してまだ未知の部分が多い。本研究ではシロアリの兵隊カーストについて分化時の形態の変化とその機構を形態学・組織学・分子生物学の手法を用いて多面的に解析した。本年度は特に、兵隊分化過程で特異的に発現する遺伝子を検出するため、幼若ホルモン類似体JHAで兵隊分化を誘導した個体の大顎からmRNAを抽出しディファレンシャルディスプレー法による探索を行った。得られた遺伝子配列の中で、既知の遺伝子と相同性があり、定量PCRにより発現量の差が確認されたものは12遺伝子であった。これらの多くは前兵隊への脱皮直前に大顎での強い発現が認められている。中でも、アクチン結合タンパク質であるCiboulotのホモログは脱皮直前に発現が顕著に増加し、in situハイブリダイゼーションによって大顎表皮組織で発現していることが確認された。先行研究から、Ciboulotはアクチン細胞骨格の重合を通じて細胞の形態形成に直接関与していることが知られている。したがってシロアリのCiboulotは兵隊分化時の大顎形成に直接的な役割を果たしている可能性が高い。またシロアリでは機能が異なる複数のIsoformが存在し、それらが時期および体の部域ごとの相対成長を制御している可能性が考えられた。これらの研究成果は国際誌に投稿し、また、日本進化学会第6回大会、日本昆虫学会第64回大会、国際昆虫学会議(ICE)第22回大会で発表した。

尽管种姓分化是社会性昆虫生态学中最重要的因素，也是生态学和进化论中备受关注的课题，但其机制仍然未知。本研究运用形态学、组织学、分子生物学等方法，对白蚁兵种分化过程中的形态变化及其机制进行了多方面的分析。特别是今年，为了检测在士兵分化过程中特异表达的基因，我们从用保幼激素类似物JHA诱导士兵分化的个体的下颌骨中提取mRNA，并使用差异显示法进行搜索。在获得的基因序列中，有12个基因与已知基因具有同源性，并且通过定量PCR证实了表达水平的差异。据观察，这些表情中的许多在蜕变成前士兵之前在下颌骨中强烈表达。其中，肌动蛋白结合蛋白Ciboulot同源物的表达在即将蜕皮之前显着增加，并且原位杂交证实其在下颌表皮组织中表达。先前的研究表明，Ciboulot 通过肌动蛋白细胞骨架的聚合直接参与细胞形态发生。因此，白蚁Ciboulot很可能在士兵分化过程中的下颌形成中发挥直接作用。此外，白蚁体内还存在多种具有不同功能的亚型，人们认为这些亚型可能控制着各个时期和身体区域的相对生长。这些研究成果已提交给国际期刊，并在第6届日本进化学会代表大会、第64届日本昆虫学会代表大会和第22届国际昆虫学大会（ICE）上发表。