コガネムシの構造色の多様性を作り出す分子機構、ゲノム進化機構および適応的意義

昆虫の構造色が作る色彩は地域個体群や個体ごとに異なることが多いが、構造色にこのような多様性が生じる仕組みは分かっていない。申請者はこれまでに、コガネムシの構造色発色に必須の遺伝子LCP1を発見し、LCP1が構造色の性質を決める２つの光学特性のうちの強度を制御している可能性を示した。そこで本研究では、もう1つの光学特性である波長を制御する遺伝子を同定し、これらの遺伝子が構造色を制御する機構を明らかにすることを通して、“ 強度波長独立制御モデル”と呼ぶべき構造色の多様性創出の新モデルを提案する。さらに、亜種ごとに異なる構造色を持つリュウキュウツヤハナムグリを材料に、ゲノム解析と構造色の生理、生態機能の解析を行い、構造色がどのような適応的意義を持つことによりゲノム構造が変化して構造色の地理分化が生じたのかを明らかにする。以上の研究により、コガネムシの構造色に多様性が生じる仕組みについて、分子機構、ゲノム進化、適応の3方向から理解することを目指す。本年度は、緑色、茶色、黒色の構造色多型を持つリュウキュウツヤハナムグリの奄美亜種を材料に用いてゲノム解析を行い、3つの構造色型間でゲノム構造を比較した。その結果、LCP1遺伝子の構造の終止コドン近辺にC末端の数アミノ配列を変える77 bpの欠失多型があり、緑色型は欠失無しのホモ、茶色型は欠失有り無しのヘテロ、黒色型にはヘテロと欠失有りのホモの両方の個体がいることがわかった。以上の結果から、LCP1遺伝子がリュウキュウツヤハナムグリの構造色強度だけでなく波長も制御していることが強く示唆された。このように、当初の作業仮説とは異なるが、本年度の研究で最も困難と考えていた構造色の波長特性を決める遺伝子の同定に成功したと考えられる。加えて予定していた分光測定系の立ち上げ、組換えタンパク質の発現、構造色の生態的意義の解析も順調に進んでいる。

昆虫の構造色が作る色彩は地域個体群や個体ごとに異なることが多いが、構造色にこのような多様性が生じる仕組みは分かっていない。申請者はこれまでに、コガネムシの構造色発色に必須の遺伝子LCP1を発見し、LCP1が構造色の性質を決める２つの光学特性のうちの強度を制御している可能性を示した。そこで本研究では、もう1つの光学特性である波長を制御する遺伝子を同定し、これらの遺伝子が構造色を制御する機構を明らかにすることを通して、“ 強度波長独立制御モデル”と呼ぶべき構造色の多様性創出の新モデルを提案する。さらに、亜種ごとに異なる構造色を持つリュウキュウツヤハナムグリを材料に、ゲノム解析と構造色の生理、生態機能の解析を行い、構造色がどのような適応的意義を持つことによりゲノム構造が変化して構造色の地理分化が生じたのかを明らかにする。以上の研究により、コガネムシの構造色に多様性が生じる仕組みについて、分子機構、ゲノム進化、適応の3方向から理解することを目指す。本年度は、緑色、茶色、黒色の構造色多型を持つリュウキュウツヤハナムグリの奄美亜種を材料に用いてゲノム解析を行い、3つの構造色型間でゲノム構造を比較した。その結果、LCP1遺伝子の構造の終止コドン近辺にC末端の数アミノ配列を変える77 bpの欠失多型があり、緑色型は欠失無しのホモ、茶色型は欠失有り無しのヘテロ、黒色型にはヘテロと欠失有りのホモの両方の個体がいることがわかった。以上の結果から、LCP1遺伝子がリュウキュウツヤハナムグリの構造色強度だけでなく波長も制御していることが強く示唆された。このように、当初の作業仮説とは異なるが、本年度の研究で最も困難と考えていた構造色の波長特性を決める遺伝子の同定に成功したと考えられる。加えて予定していた分光測定系の立ち上げ、組換えタンパク質の発現、構造色の生態的意義の解析も順調に進んでいる。