助成番号５－２190426
研 究 成 果 報 告 書

研究テーマ
（和文）

分子生態学的アプローチによるクモ造網行動で用いる多様な糸タンパクの合成機構解明

研究テーマ
（英文）

Towards understanding the biosynthesis pathway of spider silk protein fromthe molecular ecological approaches

研究期間

研究代表者

２０１９年 ～ ２０２２年

氏
名

研究機関名

（漢字）

河野暢明

（カタカナ）

コウノノブアキ（英文）Nobuaki Kono

所属機関・職名

慶應義塾大学慶應義塾大学・特任准教授

（漢字）
共同研究者
＊２名 をこ える 場
合は、【別紙追加用紙】（P3）に３人目以降を追記してください。

氏
名（カタカナ）（英文）所属機関・職名（漢字）
氏
名（カタカナ）（英文）所属機関・職名
概要 （600 字～800 字程度にまとめてください。）
生物由来のバイオマテリアルを新素材として人工利用するという近年の流れは、エネルギー問題解決の糸口にもなり、ある種の産業革命と云われている。中でもクモ糸には非常に多くの注目が集まっている。クモ糸の最大の魅力はクモ 1 個体が硬い糸や柔らかい糸など 7 種類もの性質が異なる糸を作るという多様性である。特にその多様な糸が用いられるシーンは網を張る時だと言われている。しかしながら、クモが実際に色々な糸をどのように作り・使い分けているのかを分子レベルではほとんど理解できていない。そこで本研究課題ではクモの造網行動を追いながら、作られた糸の組成解析を行うとともに、その糸を作り出す時のクモ体内タンパクや代謝物質を測定し、クモ糸作り分けに関する分子生物学的な理解を目指した。
研究成果としてまず、クモの造網行動を分子レベルで明らかにするべく、ゲノム、トランスクリプトーム、プロテオームを組み合わせたマルチオミクス解析により、網構造に関する分子基盤の整備を行った。円状の網を作る糸遺伝子の全レパートリーをカタログ化し、その分子進化系統を明らかにした（Kono et al., 2020, Scientific Reports）。また対象種を国外にまで広げ、ジョロウグモ近縁種４種や、世界一強い糸を作るダーウィンズバークスパイダーのゲノム配列を決定し、糸の強さを支える因子の存在を明らかにした（Kono et al., 2021, Open Biology; Kono et al., 2021,
Mitochondrial DNA Part B; Kono et al., 2021, PNAS）。さらにクモ糸遺伝子のアミノ酸組成の特徴を他種と比較するべく、ミノムシ 3 種の糸遺伝子レパートリーを整理し、クモ糸をクモ糸たらしめるアミノ酸モチーフを発見した（Kono etal., 2021, Zoological Letters）。以上の成果をまとめ、クモ糸の強さを支える因子として SpiCE という新奇物質を同定し、人工クモ糸材に混ぜ、その物性を劇的にあげることに成功した（Kono et al., 2021, PNAS）。

- 1 -発表文献 （この研究を発表した雑誌・図書について記入してください。）
論文課題

Multicomponent nature underlies the extraordinary mechanical properties of spider dragline silk著者名

Nobuaki Kono et al.

雑誌名Proceedings of the National Academy of Sciences of theUnited States of America

ページ

e2107065118

発行年

2

雑誌

1

巻号

118 (31)

The balance of crystalline and amorphous regions in the fibroin structure underpins the tensile
strength of bagworm silk

著者名

Nobuaki Kono et al.

雑誌名

Zoological Letters

ページ

11

発行年

202

1

巻号

7 (1)

論文課題

Darwin's bark spider shares a spidroin repertoire with Caerostris extrusa but achieves extraordinary
silk toughness through gene expression

著者名

Nobuaki Kono et al.

雑誌名Open Biology

ページ

210242

発行年

2雑誌

2

論文課題
雑誌

0021巻号

11 (12)

論文課題

The complete mitochondrial genome of Trichonephila clavipes (Araneae: Araneidae)

著者名

Nobuaki Kono et al.

雑誌名Mitochondrial DNA Part B

ページ

2986〜2988

発行年

2

雑誌

21

巻号

6 (10)

論文課題

Spidroin profiling of cribellate spiders provides insight into the evolution of spider prey capture
strategies

著者名

Nobuaki Kono et al.

雑誌名Scientific Reports

ページ

15721

発行年

2

雑誌

0020巻号

10 (1)

書名
図書

著者名
出版社

発行年

総ﾍﾟｰｼﾞ

英文抄録 （100 語～200 語程度にまとめてください。）
We established the molecular basis of web formation behavior in spiders by conducting a multi-omics analysis of
the genome, transcriptome, and proteome analyses. We catalogued the entire repertoire of spider silk genes thatmake up the circular webs and clarified their molecular evolutionary phylogeny (Kono et al., 2020, Scientific
Reports). We have also expanded our target species beyond Japan, sequencing the genomes of four related speciesof golden silk orb-weavers and Darwin's bark spider, which produces the strongest threads in the world, and haveidentified factors that support thread strength (Kono et al., 2021, Open Biology; Kono et al., Mitochondrial DNA
Part B; Kono et al., 2021, PNAS). Furthermore, to compare the amino acid composition of spider silk genes withother species, we organized the silk gene repertoires of three species of bagworm and discovered the amino acidmotifs that make spider silk spider silk (Kono et al., 2021, Zoological Letters). In summary, we identified a novel
substance, SpiCE, as a factor supporting the strength of spider silk and succeeded in dramatically improving its
mechanical properties by mixing it into artificial spider silk (Kono et al., 2021, PNAS).

- 2 -