昆虫の昼行性・夜行性に関わる概日時計機構の分子生物学的解析

与昆虫昼夜行为相关的生物钟机制的分子生物学分析

基本信息

批准号：
11J06431
负责人：
瓜生央大
金额：
$ 1.22万
依托单位：
Okayama University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2011
资助国家：
日本
起止时间：
2011 至 2013
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-11J06431/
关键词：
昼行性夜行性時計遺伝子末梢時計中枢時計視葉視葉外組織

项目摘要

フタホシコオロギは成虫脱皮に伴い昼行性(幼虫型)から夜行性(成虫型)へとリズムの位相が逆転する。本研究では、この昼行性から夜行性への逆転の機構を明らかにする事を目的とし、本年度は以下の2点を重点的に行った。(1) 時計遺伝子として提唱されているrev-erb (E75)、ror (HR3)のDNA断片の情報を取得し、これらについてRNAi、q-PCRで機能解析を行った。E75, HR3のdsRNAをフタホシコオロギの8齢幼虫にインジェクションしたところ、その後成虫へと脱皮できなかった。また、成虫にインジェクションしたところ、活動リズムが不明瞭になっていった。これらの結果から、E75、HR3はフタホシコオロギにおいて発生と概日時計に関わる遺伝子である可能性が示唆された。(2) これまでの成虫と幼虫の時計遺伝子の発現解析から、中枢と末梢組織でのリズムはほぼ同位相であるが、末梢組織での時計遺伝子の発現レベルに大きな違いが見られた。ゆえに、幼虫と成虫とで末梢時計の自律性に違いがあるのではないかと考え、中枢時計が存在する視葉を切除し時計遺伝子の発現を幼虫と成虫とで比較解析した。その結果、視葉を切除した場合、成虫では視葉外組織での時計遺伝子の発現リズムは見られたが、幼虫では見られなくなった。っまり、昼行性であるフタホシコオロギ幼虫の末梢時計の自律性は弱く、夜行性である成虫となる際に強くなっていく可能性が示唆された。これらのことから、昼行性(幼虫型)から夜行性(成虫型)へのリズム逆転は、概日時計の分子メカニズム自体の変化ではなく、より下流の因子(時計からの出力系)の変化が関与している可能性が示された。

随着成虫蜕皮，双面蟋蟀的节律阶段从白天（幼虫型）转变为夜间（成虫型）。这项研究的目的是阐明这种从白天到夜间行为逆转的机制，今年我们重点关注以下两点。 (1)我们获得了被提议作为时钟基因的rev-erb (E75)和ror (HR3)的DNA片段的信息，并使用RNAi和q-PCR对其进行了功能分析。当将E75和HR3的dsRNA注射到矮蟋蟀8龄幼虫体内时，它未能蜕皮成成虫。此外，当注射到成年昆虫体内时，活动节律变得不清楚。这些结果表明，E75 和 HR3 可能是与矮蟋蟀发育和生物钟有关的基因。（2）前期对成虫和幼虫生物钟基因表达的分析表明，中枢组织和外周组织的节律几乎同相，但外周组织的时钟基因表达水平存在显着差异。因此，我们推测幼虫和成虫的外周时钟自主性可能存在差异，因此我们切除了中央时钟所在的视叶，并比较分析了幼虫和成虫之间时钟基因的表达。结果，当视叶被移除时，在成虫中观察到视叶外组织中时钟基因表达的节律，但在幼虫中却没有。总体而言，人们认为昼行蟋蟀的昼行幼虫的外周时钟的自主性较弱，但当其成为夜间成虫时会变得更强。由此可见，从昼夜节律（幼虫型）到夜间节律（成体型）的节律逆转并不是由于生物钟本身的分子机制发生了变化，而是下游因素（生物钟的输出系统）发生了变化。事实证明，他们有可能参与其中。