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

形成果蝇圆点图案的基因调控网络的结构和进化

基本信息

批准号：
22KJ0129
负责人：
古関将斗
金额：
$ 1.6万
依托单位：
Hokkaido University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2023
资助国家：
日本
起止时间：
2023-03-08 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22KJ0129/
关键词：
模様形成遺伝子制御ネットワーク Gal4/UASシステム

项目摘要

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。

了解促成生物形式发展的遗传基础是进化胚胎学的重要挑战。在昆虫中看到的多种模式形态是一个极好的研究主题，尽管已经鉴定出有助于模式进化的基因组，但是关于基因组产生和诱导模式形成的哪种网络（相互作用）有许多未知。果蝇百合的物种特异性机翼模式也被用作模式进化的研究，而无翅则被确定为已获得形成翼模式功能的基因（Werner等人，2010年）。此外，根据随后的研究的内容，我们可以从细胞内信号通路的角度假设无翼介导的基因调节网络。但是，由于尚未开发出有效的遗传功能分析方法，因此无法确定模式形成所需的基因组并验证网络。因此，在这项研究中，我们的目的是通过创建一个专门操纵果蝇翅膀组织中基因表达的系统来阐明在模式演化过程中获得的基因调节网络的结构，并评估遗传操纵是否影响模式形成。在2022年，我们能够创建一个称为GAL4/UAS系统的表达操纵系统所需的转基因线，该系统表达GAL4在无翼的机翼静脉上高度表达GAL4，并且在无翼诱导的着色位置上表达Gal4的线。据信，前者可用于验证无翼表达上游和后者无翼表达的基因。此外，从使用这些GAL4菌株诱导UAS报告者表达的实验中，用于产生UAS菌株的转座量载体。