ゲノム編集法を用いたミツバチの社会性行動制御におけるｍＫａｓｔの機能解明

使用基因组编辑方法阐明 mKast 在控制蜜蜂社会行为中的功能

基本信息

批准号：
17J03716
负责人：
河野大輝
金额：
$ 1.98万
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：
2017
资助国家：
日本
起止时间：
2017-04-26 至 2020-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

ミツバチはモデル社会性動物としてその分子神経基盤が研究されてきた。中でも、昆虫脳の高次中枢であるキノコ体と社会性行動との関連が着目されている。キノコ体を構成するケニヨン細胞には、遺伝子発現プロファイルが異なるサブタイプが存在しており、その一部は採餌飛行時に活性化される。また、サブタイプの数は、ハチ目昆虫の行動の複雑化に伴い増加した可能性が指摘されている。これまでにサブタイプ選択的に発現する遺伝子群が見つかっているが、近年までミツバチでは有効な遺伝子操作法が存在せず、その社会性行動制御における機能は不明である。そこで本研究では、申請者が確立したミツバチにおけるゲノム編集法を用い、キノコ体において中間型ケニヨン細胞選択的に発現するmKastの機能を調べることを目的とした。これまでに、受精卵にゲノム編集を施し、孵化した幼虫を女王蜂へと分化させることでモザイク女王蜂(F0)を作出し、更にこれら女王蜂から変異雄蜂(F1)を作出した。さらに、変異雄蜂から採取した精子を用いて野生型女王蜂に人工授精を施し、ヘテロ変異体働き蜂(F2)の作出に成功した。また、変異雄蜂を用いた解析から、頭部におけるmKastタンパク質の発現は完全に欠失していること、それにも関わらず変異雄蜂には野生型と同数のケニヨン細胞サブタイプが存在していたことから、mKastは当初予想されていた中間型ケニヨン細胞の分化には機能していないことを示唆した。本研究成果の一部は、ミツバチにおける遺伝学の実証と、遺伝子機能解析を試みた初めての報告として、論文発表した。一方、これまでは受精卵への変異導入効率が低く、その後の継代が困難であった。そこでインジェクション法を改良したところ、F0世代で高効率にゲノム編集された個体を作出できたため、今後はこの手法を用いることで、ミツバチにおける遺伝子機能解析が簡便化されることが期待される。

蜜蜂已被研究为模型的社交动物及其分子神经基础。其中，蘑菇体之间的关系是昆虫大脑的较高中心和社会行为，引起了人们的注意。组成蘑菇体的肯尼恩细胞具有不同的基因表达谱，其中一些在觅食过程中被激活。还指出，亚型的数量可能随蜜蜂型昆虫行为的复杂性而增加。尽管到目前为止已经发现了有选择性表达亚型的基因组，但直到最近，蜜蜂中还没有有效的遗传操纵方法，并且它们在控制社会行为方面的功能尚不清楚。因此，这项研究旨在研究MKAST的功能，Mkast使用申请人在蜜蜂中建立的基因组编辑方法在蘑菇体中的中间肯尼恩细胞中有选择地表达。到目前为止，已经对受精卵进行了基因组编辑，并将孵化的幼虫区分为皇后蜜蜂，形成摩西皇后蜜蜂（F0），而突变的雄性蜜蜂（F1）与这些皇后蜜蜂产生了。此外，使用从突变雄性蜜蜂中收集的精子人为地将野生型女王蜜蜂人为地聚合在一起，并成功地生产了异源工人蜜蜂（F2）。此外，使用突变雄性蜜蜂进行分析表明，头部中的MKast蛋白表达被完全删除，并且突变雄性蜜蜂具有与野生型相同数量的肯尼因细胞亚型，这表明MKAST在最初预测的中间肯尼细胞的区分中不正常。这项研究的某些结果是发表的，作为证明蜜蜂遗传学并分析基因功能的第一个报告。另一方面，到目前为止，诱变为受精卵的效率一直很低，这使得随后的通行证变得困难。因此，改进了注射方法，并且可以在F0代中产生高效的基因组编辑的个体，因此可以预期将来使用这种方法将简化蜜蜂中的基因功能分析。