遺伝子工学を用いた無公害な害虫駆除法開発のための基礎研究
Basic research for developing non-chemical pesticide
by genetically engineered sibling species
研究代表者

高橋文

国立遺伝学研究所

集団遺伝研究系

助教

Aya Takahashi
Assistant professor,
Division of Population Genetics, National Institute of Genetics
和文アブストラクト
環境問題を考えるに当たり、農薬などに頼らずに生物種そのものを利用したクリ－ンな環境浄化法や害虫駆除法を開発することは現代における大きな課題である。本研究ではその一環として、比較的最近種分化した後、同所的に共存している近縁種を利用するという新規のアイディアに着目した。それは、近縁種間の交尾行動の違いをつかさどる遺伝子を明らかにし、害虫とは交配するが子孫は残せないような遺伝子操作した近縁種を開発しそれを温室内など生態系に影響のない場所で大量放逐することでそこにいる害虫の数を効果的に減少させられる可能性があるというものである。具体的には、ゲノム情報もあり遺伝的研究の材料として優れたキイロショウジョウバエとその近縁種であるオナジショウジョウバエ間での交尾行動の違いについて、それに関わる遺伝子を誘導的 RNAi という新しい手法を生かした方法により発見し、解析することを目指している。

Abstract
Developing non-chemical pesticides can have a strong impact on our society’s movement
for solving the environmental problems.
to control pests.

The future goal of this research is to propose a novel way

That is to release abundant number of individuals of the genetically engineered

sibling species, which would willingly mate with the pest species but would not produce fertile
hybrid offspring.

This method can effectively decrease the number of pests without spraying any

toxic chemicals to the environment.

In order to develop such biological pesticides, the basic

information about the genes responsible for the species specific mating behavior is indispensable.
This project focuses on identifying genes responsible for the premating reproductive isolation
between Drosophila melanogaster and its sibling species by utilizing the newly developed inducible
RNAi technique.

-1-

1.

伝子についてスクリーニングするという戦研究目的略に切り替えることにした。幸いに、複数
本研究は、キイロショウジョウバエとその系統間で交配実験のスクリ－ニングを行の近縁種オナジショウジョウバエ間の交尾った結果、オナジショウジョウバエの雌に前生殖的隔離機構に関わる遺伝子を探索す

対して雄の交尾率が大きく異なる２つのキるために RNAi による遺伝子ノックアウト

イロショウジョウバエ系統を見つけること(またはノックダウン)を利用したスクリーができた。更に、これら同種の 2 系統間でニングにより発見するということが目的で種内交配を行った結果、雄が交尾相手を選ある。

択する際に系統間で好みの違いがあることがわかった。これらの情報から RNAi ノッ

2.

クダウンを利用して上記 2 系統に関する遺研究経過伝学的解析を進め、下記の成果をあげることができた。

まず第一に行ったのは、キイロショウジ
ョウバエの雌とオナジショウジョウバエの3.

雄の間の交尾に影響を与える雌側の遺伝子研究成果としてその可能性が示唆されている yellow
について、RNAi ノックダウンの効果を見本研究の成果としては、GAL4-UAS 遺伝ることである。このために、本研究代表者

子強制発現系を利用した誘導型 RNAi のシの所属する研究機関内で開発しているステムを利用して、種内の交尾相手選好性GAL4-UAS 遺伝子強制発現系を利用したに影響を与える遺伝子を一つ同定できたこ

誘導型 RNAi の系統を用いて、交尾行動へとが非常に大きかった。下記にこの点につの影響を見る実験を行った結果、従来の見いての成果を報告する。

解とは異なり yellow 遺伝子の発現量を低下以前の研究から交尾相手の選好性に成虫させても他種への交尾行動に影響を与えなの胸部背面にある三叉模様の色素沈着度いことが明らかとなった。

（図 1）が関係しているのではないかとさパイロット実験として行った上記 yellowれていた。そこで、この表現型変異に寄与遺伝子の実験が、これまでの見解と異なり交尾行動に影響しないということがわかり、遺伝的なバックグランドをきちんとそろえた誘導的 RNAi による実験の重要性を認識した。このことにより、これまで交尾行動に影響を与える遺伝子とされているものからスクリーニングするという戦略から、ある程度遺伝的マッピングにより近縁種間の図 1. キイロショウジョウバエ成虫における胸部三叉模様の色素沈着度の変異交尾前生殖的隔離機構に関わる遺伝子があるとされる領域を絞った後に、その中の遺-2-する遺伝子を同定できれば、交尾相手選好complementation test などの方法でこの性に関与する遺伝子を同定できるのではな遺伝子が原因遺伝子であることを確認した。

いかと考えた。

この遺伝子は、神経系での発現も確認されこの点に注目して、まずこの表現型変異ており、交尾行動への影響も興味深い。こについて交尾相手選好性の異なる上記 2 系

れらの研究成果は、論文にまとめ、現在投統を用いて、遺伝子マッピングを進め、第稿中である。

3 染色体上の一つの領域（約 75 kb）内の 7

また、上記のような誘導型 RNAi を用いつの遺伝子に原因遺伝子を絞り込むことがた実験より得られた成果から発展し、以下できた。次に、その領域内に含まれていたのような興味深い成果を得ることができた。

候補遺伝子 について GAL4-UAS 遺伝子強もしもこの遺伝子の発現量の違いが交尾制発現系を利用した誘導型 RNAi を用いて相手の選好性に影響を与えているとしたら、表現型に与える影響を調べた。その結果、

本研究代表者の専門である集団遺伝学的観ebony という色素合成系に発現する酵素を点から考えると、この種の自然集団中の遺コードする遺伝子をアクチンの ubiquitous

伝子型変異を見ると非ランダム交配によりGAL4 ドライバを用いてノックダウンする生じたゆがみのトレースが観察される可能と成虫の胸部三叉模様の色素沈着度が高く性がある。具体的には、理想集団中の進化なることが明らかとなった（図 2）。よって的に中立な遺伝子が、Hardy-Weinberg 平衡に達しているのに関して同類交配や集団の分化、自然選択の影響などによりこの平衡から予測される遺伝子型頻度から有意にずれることが予想される。そこで、ebony 遺伝子の上流について上記のような解析を試みた結果、予想通りの方向へのずれが観察された。このように野外の集団についてこのような非ランダムな交配を規定する遺伝子の情報が得られた例はなく、その意義は大きい。こちらも現在データをまとめ、論文投稿準備中である。
4.

図 2. ebony 遺伝子の誘導型 RNAi ノックダウンによる成虫胸部三叉模様への影響

また、今回明らかとなった ebony 遺伝子
は種内系統間での交尾相手選好性に寄与していることは明らかとなったが近縁種間のこの遺伝子の発現量の違いが胸部三叉模様交配に影響があるのかどうか明確でないのの色素沈着度を規定していることが明らかと な っ た 。 更 に 、 qRT-PCR

今後の課題と発展で、RNAi ノックダウン系統を用いて調べや-3-てみる計画である。種間での同種認識に効0.5 秒時の wing vibration 行動についてもいていれば、本研究の将来的な目標であるその形態に違いがあることが明らかとなっ無公害の害虫駆除法の開発に用いることがた。

できる可能性がある。
本研究により同定された交尾相手選好性に影響を与える遺伝子である ebony は、クチクラの色素沈着（胸部三叉の色素沈着）及び交尾行動の両方に影響を与えるということである。本研究で用いた手法である
GAL4-UAS 遺伝子強制発現系を利用した誘導型 RNAi の手法の優れた点は、各組織で特異的に目的の遺伝子をノックダウンすることができる点である。よってクチクラの下部にある表皮細胞、また神経系で特異
図 3. 交尾相手選好性に違いのある 2 つの系統(Mel6 及び TW1 系統)における交配直前の雌雄間距離の違い的に ebony 遺伝子のノックダウンを行うことが可能である。今後は、本研究で用いた ubiquitous に RNAi を誘導できるアクチンのドライバ以外に様々な組織特異的な

この微細な交尾行動の変異は、第 3 染色体GAL4 ドライバを用いてこの遺伝子のノッ上にその行動を制御する要素が存在するこ

クダウン実験を行っていきたいと考えていとがわかっており、今後このような行動のる。

違いについても遺伝子マッピングを進める

また、本研究を行っていく中で、これまとともに、GAL4-UAS システムを用いた誘での種間の交尾率の測定方法は、交尾が実

導型 RNAi の手法をうまく利用することに際起きたかどうかで判定していたが、交尾より原因遺伝子をマッピングしていきたい行動をよく観察してみると、オスが交尾行と考えている。

動をイニシエートするかどうか、どれだけ積極的に求愛するかどうかなど複数の要素

5.

発表論文を考慮する必要があることに気がついた。
そこで、ビデオカメラ及びカメラによる撮

Takahashi, A., Takahashi, K., Ueda, R. andTakano-Shimizu, T. Natural variants of apigmentation-controlling gene essential fornormal vision and behavior in Drosophila.
(投稿中)

影を用いてこれらの要素を定量化する試みを行った。この結果、交尾相手選好性に違いのある 2 つの系統間で交尾前 0.5 秒以内の雌雄の距離が系統間で大きく異なること

Takahashi, A. and Takano-Shimizu, T. (2005)
A high frequency null mutant of anodorant-binding protein gene, Obp57e, inDrosophilamelanogaster.
Genetics
170:709-18.

がわかった（図 3）。これは雄が雌の生殖器との接合のタイミングを認識する機構が違うためであると予想される。また。交尾前-4-