Discovery Sagaサイレントキーワード俯瞰

ハチ目昆虫 / キノコ体 / ケニヨン細胞 / 行動進化 / 転写因子 / セイヨウミツバチ / カブラハバチ / mKast / Mblk-1 / EcR / ChIP-seq解析 / 社会性昆虫 / 脳機能進化 / ミツバチ / ゲノム編集 / 連合学習 / Mblk-1/E93 / ハチ目 / 脳高次中枢

研究代表者らは、これまでにミツバチの脳高次中枢キノコ体が、遺伝子発現プロファイルの異なる3種類のケニヨン細胞サブタイプ（大型・中間型・小型）から構成されることを発見した。さらに、そのサブタイプの数は原始的なハバチ亜目では1種類、寄生性の有錐類では2種類、営巣性/社会性をもつ有剣類では3種類と、ハチ目昆虫の行動進化に伴い増加した可能性を示唆した。本研究では、ミツバチの各サブタイプ選択的に発現する遺伝子の機能解析と、これら遺伝子の機能および発現パターンの種間比較解析により、ハチ目昆虫の行動進化に伴うキノコ体の機能進化の分子神経基盤の解明を目的とした。
今年度は、ハバチ亜目に属するカブラハバチとミツバチ（有剣類）のケニヨン細胞の遺伝子発現プロファイルの比較から、ミツバチの各サブタイプの機能は、ハチ目昆虫の進化過程で祖先的なケニヨン細胞がもつ機能が分離、特殊化することで獲得された可能性を示唆した。また、ミツバチの「中間型」サブタイプに発現するmKastを標的としたゲノム編集により、初めてノックアウト働き蜂（F2世代）の作出に成功し、現在、変異体働き蜂の表現型解析を進めている。さらに、ミツバチ成虫キノコ体の「大型」と「小型」ケニヨン細胞サブタイプにはそれぞれ、変態に関わる転写因子であるMblk-1とEcRが選択的に発現するが、これら転写因子のChIP-seq解析を行うことにより、Mblk-1が成虫キノコ体では自身の（自律的な）転写活性化能をもち、変態期とは異なり、記憶・学習に関わる遺伝子を標的とすること、EcRは働き蜂の分業（育児、採餌）や採餌行動開始により標的遺伝子群が変化することを見出した。これにより、ミツバチ成虫のキノコ体では、変態期に働く転写因子が新たな標的遺伝子をもつことにより、ミツバチ固有なキノコ体の機能獲得に貢献した可能性を提示した。

セイヨウミツバチ / 社会性行動 / ゲノム編集 / キノコ体 / ケニヨン細胞 / mKast

社会性昆虫であるセイヨウミツバチでは、高度な社会性行動を制御する脳の分子神経基盤が古くから研究されてきたが、ミツバチにおける有効な遺伝子操作法の不足から因果関係が証明された例は少ない。本研究では、感覚情報処理を介して成虫脳の高次機能を制御する可能性がある遺伝子mKastに着目し、ゲノム編集法を用いた遺伝子ノックアウトによる機能解析を試みた。この結果、初めてヘテロ変異体女王蜂の作出に成功し、またmKastは発現パターンから予想されてきたいくつかの機能には関与しないことが示唆された。

ミツバチは多数の個体と群れ（コロニー）を作って生活する社会性昆虫であり、社会性行動研究のモデル生物として知られている。しかし、遺伝子操作した個体は室内に設置したコロニー内で飼育しなければならないという難点があるため、ミツバチでの遺伝子操作技術は未発展である。本研究成果は、社会性行動を司る脳の分子神経基盤の解明に重要な、ミツバチ遺伝学の前進に寄与するものである。

ミツバチ / 社会性行動 / 脳 / キノコ体 / ケニヨン細胞 / ゲノム編集 / mKast / 系統進化 / ローヤルゼリータンパク質 / 尻振りダンス / PLCe / Mblk-1 / Mlr / NOL4

ミツバチ脳のキノコ体を構成するクラスIケニヨン細胞は、大型・中間型（mKastを発現）・小型の3つに分類される。本研究では、これらサブタイプの機能と進化の解析を行った。
１）その結果、mKastは成虫の様々な脳機能に関与することを示唆した。２）世界で初めて、ミツバチでゲノム編集法を確立した。３）ケニヨン細胞サブタイプは、原始的なハバチ（1つ）から、寄生性のコマユバチ（2つ）、スズメバチ・ミツバチ（3つ）と増えており、行動進化と相関する可能性がある。
本研究成果は中間型ケニヨン細胞の生理機能の理解だけでなく、神経生物学一般の進展にも寄与する、国際的にも重要な知見である。