ショウジョウバエの水玉模様を形成する遺伝子制御ネットワークの構造と進化

生物形態の進化に寄与した遺伝的基盤を理解することは、進化発生学における重要な課題である。昆虫にみられる多様な模様形態は優れた研究対象であり、模様進化に寄与した遺伝子群が同定されてきたものの、遺伝子群がどのようなネットワーク（相互作用）を生み出し模様形成を誘導しているのかについては不明な点が多かった。ミズタマショウジョウバエの種特異的な翅模様も模様進化の研究対象として利用されており、翅模様の形成機能を獲得した遺伝子としてwinglessが同定された（Werner et al. 2010）。また、その後の研究内容に基づくと、winglessを介した遺伝子制御ネットワークについて細胞内シグナル伝達経路の観点から仮説を立てることができる。しかし、効果的な遺伝子機能解析法が開発されていなかったため、模様形成に必要な遺伝子群を同定しネットワークを検証することができなかった。そこで、本研究ではミズタマショウジョウバエの翅組織において時期特異的に遺伝子発現を操作するシステムを作り、遺伝子操作が模様形成に影響を与えるか評価することで、模様進化において獲得された遺伝子制御ネットワークの構造を明らかにすることを目標にした。令和4年度は、Gal4/UASシステムという発現操作系において必要となるトランスジェニック系統について、winglessが発現する翅脈上でGal4を高発現する系統と、Winglessが誘導する着色予定位置においてGal4を高発現する系統を作出できた。前者はwingless発現の上流、後者はwingless発現の下流において機能する遺伝子の検証に利用できると考えられる。また、これらGal4系統を用いたUASレポーターの発現誘導実験から、UAS系統の作出に用いるトランスポゾンベクターの改良を行うことができた。

生物形態の進化に寄与した遺伝的基盤を理解することは、進化発生学における重要な課題である。昆虫にみられる多様な模様形態は優れた研究対象であり、模様進化に寄与した遺伝子群が同定されてきたものの、遺伝子群がどのようなネットワーク（相互作用）を生み出し模様形成を誘導しているのかについては不明な点が多かった。ミズタマショウジョウバエの種特異的な翅模様も模様進化の研究対象として利用されており、翅模様の形成機能を獲得した遺伝子としてwinglessが同定された（Werner et al. 2010）。また、その後の研究内容に基づくと、winglessを介した遺伝子制御ネットワークについて細胞内シグナル伝達経路の観点から仮説を立てることができる。しかし、効果的な遺伝子機能解析法が開発されていなかったため、模様形成に必要な遺伝子群を同定しネットワークを検証することができなかった。そこで、本研究ではミズタマショウジョウバエの翅組織において時期特異的に遺伝子発現を操作するシステムを作り、遺伝子操作が模様形成に影響を与えるか評価することで、模様進化において獲得された遺伝子制御ネットワークの構造を明らかにすることを目標にした。令和4年度は、Gal4/UASシステムという発現操作系において必要となるトランスジェニック系統について、winglessが発現する翅脈上でGal4を高発現する系統と、Winglessが誘導する着色予定位置においてGal4を高発現する系統を作出できた。前者はwingless発現の上流、後者はwingless発現の下流において機能する遺伝子の検証に利用できると考えられる。また、これらGal4系統を用いたUASレポーターの発現誘導実験から、UAS系統の作出に用いるトランスポゾンベクターの改良を行うことができた。