岩手大学農学部植物生命科学科主催

植物生命科学セミナー
Open Seminar hosted by the Department of Plant-Biosciences

第6回

チョウ目昆虫の性、性染色体進化、種分化と嗅覚受容遺伝子について
日時：2017 年 11 月 24 日（金）15:30～17:30、親睦会 17:45～
セミナー場所：農学部南講義棟 5 番講義室
親睦会：農学部 2 号館 2 階 204 号室（共通セミナー室）
チョウ⽬昆⾍を対象に研究を進めている研究者 3 名から、性決定や性染⾊体の進化、味やにおいなどの感知に重要な役割を持つ嗅覚受容遺伝⼦の多様性について話題提供いただきます。チョウ⽬昆⾍では、性フェロモン受容や雌の産卵選好性にも嗅覚受容遺伝⼦が関与すると考えられております。演題と縁者は以下の通りです。なお、セミナー修了後には親睦会を催します。参加費無料、持ち込み歓迎にて実施いたします。セミナー親睦会とも多数のご来場をお待ちしております。

話題提供者と演題
１．15:30～16:15
From sex chromosomes to sex determination in Lepidoptera
チョウ目昆虫の性染色体から性決定について
Dr. František Marec (Institute of Entomology, Biology Centre CAS, Ceske Budejovice, Czech Republic)
２．16:15～16:45
Understanding of complex sex chromosome evolutions in wood white butterflies
ヒメシロチョウ属の数種の性染色体進化解明にむけて
Dr. Atsuo Yoshido (Iwate University and CAS)
３．16:45～17:30
Gain and loss of odorant receptor genes leads to variable organization among Ostrinia moths
嗅覚受容体遺伝子の重複・欠失とアワノメイガ属内での遺伝子構成の多様化
Dr. Yuji Yasukochi (Institute of Agrobiological Sciences, NARO)（問い合わせ：農学部植物⽣命科学科

応⽤昆⾍学研究分野

佐原健 sahara@iwate-u.ac.jp）

要旨（Abstract）
１．15:30〜16:15

From sex chromosomes to sex determination in Lepidoptera
Dr. František Marec (Institute of Entomology, Biology Centre CAS, Ceske Budejovice,
Czech Republic, marec@entu.cas.cz)
Moths and butterflies (Lepidoptera) have sex chromosome systems with female heterogamety (WZ/ZZor derived variants). However, the actual mechanism of sex determination is largely unknown. Only
recently the primary sex-determining factor was discovered in the silkworm (Bombyx mori). In thismodel species, the W chromosome encodes the Fem piRNA, which promotes femaleness bydownregulation of the expression of a Z-linked gene, Masculinizer (Masc), promoting maledevelopment in the absence of the W chromosome. However, little is known about the role of W
chromosome in other Lepidoptera. The W chromosome is a novelty in Lepidoptera, as it is absent in
the sister order Trichoptera (caddisflies) and in the most primitive moths such as Micropterigidae. Our
recent data on the W presence/absence in lower Lepidoptera, together with conserved synteny of Zlinked genes, suggest the multiple origin of the W chromosome, although its single origin followed byrepeated losses cannot be ruled out.

Recent findings in wild silkmoths (Samia cynthia ssp.)

questioned the conserved role of W chromosome in determining the female sex. Hybrids of wildsilkmoths from crosses between geographical subspecies with different sex chromosome constitutions
produced offspring, in which the W chromosome was inherited by both genders without any effects on
their fitness. Little is also known about sequence composition of lepidopteran W chromosomes
because they have mostly been excluded from whole genome sequencing projects due to the highamount of repetitive sequences. We have developed a straightforward strategy to analyze the W
chromosome DNA. In the diamondback moth (Plutella xylostella), we prepared DNA samples of the W
chromosome by laser microdissection for next-generation sequencing. The obtained W-sequencereads were used for read mapping on a PacBio female genome assembly to identify large W-contigs.
The W-read-mapping produced a high quality PacBio W-chromosome assembly of 9.6 Mb, mainlycomposed of repetitive DNA sequences, but also of genes of viral and eukaryotic origin, most notably
tandemly arranged truncated Masc copies. Interestingly, we have recently identified several genes ofthe silkworm sex-determining pathway in the flour moth (Ephestia kuehniella) and also found Masc
copies located in the W chromosome. The function of these copies is currently being tested
experimentally.
チョウ⽬昆⾍の性染⾊体から性決定について
フランティゼック マレッツ（Frantisek Marec）
チョウ⽬昆⾍は、雌へテロ型（WZ/ZZ）とその変異型の性染⾊体システムを持つ。最近カイコにおいて、初期性決定因⼦が同定されるという⼤発⾒があったが、雌へテロ型の性決定メカニズムの⼤部分は未解明

である。チョウ⽬昆⾍のモデル種であるカイコの W 染⾊体にコードされる Fem piRNA は、Z 連関のMasculinizer (Masc)遺伝⼦を下⽅抑制する。このため、W 不在下（ZZ）では、雄への発⽣が誘起される。
チョウ⽬昆⾍は⼀般的に W 染⾊体を持つが、姉妹系統群のトビケラ⽬昆⾍とコバネガ科など祖先的なチョウ⽬昆⾍は W を持たない。W 染⾊体が何度も⽋失したことを想定した単⼀祖先であるとの説は完全には除外できない。しかし、我々が明らかにした祖先的チョウ⽬昆⾍種における W の有り／なしは、W 染⾊体が複数起源であることを⽰唆している。最近、野蚕のシンジュサンにおいて、W 染⾊体の性決定機構の保存性を疑問視させる発⾒があった。異なる性染⾊体構成を持つ地理的亜種間での交配から、W 染⾊体は雌雄どちらにも遺伝し、⼦孫の適応度にも影響を与えないことが明らかになったのである。
チョウ⽬昆⾍の W 染⾊体を構成する塩基配列もほとんど決定されていない。W 染⾊体は、⾼度な繰り返し配列から構成されるため、全ゲノム配列決定プロジェクトでは、雄の配列決定が⾏われてきたからである。なんとか W 染⾊体の配列を決定するため、我々は、直接、W 染⾊体 DNA を解析する⽅法を開発した。コナガの W 染⾊体をレーザーマイクダイセクションし、次世代シークエンスに供試するという⽅法である。W 配列は、PacBio による雌ゲノムアセンブルに⽤いられ 9.6Mb にも達する⼤きな W コンティグが得られた。その⼤部分は勿論、繰り返し配列から構成されていたが、ウイルスや真核由来の遺伝⼦やトランケートとなった Masc のコピーがタンデムに配置される配列も得られた。我々は、このところスジコナマダラメイガにおいて、カイコ性決定関連遺伝⼦のホモログの同定を⾏っている。その過程で、ス
ジコナマダラメイガの W 染⾊体にも Masc のコピーが存在しているという興味深い発⾒をした。これら
Masc 連遺伝⼦のコピーに関する機能解析を実施しているところである。

２．16:15〜16:45

Understanding of complex sex chromosome evolutions in wood white butterflies
Dr. Atsuo Yoshido1,2 (1. Iwate University, 2. Biology Centre of The Czech Academy ofScience)
Sex chromosomes often play important role in sex determinations or fundamental evolutionary process,such as adaptation and speciation. Thus their evolution and molecular differentiation belong tomost intriguing questions of evolutionary genetics. It has been believed that sex chromosome
rearrangements between closely related species may contribute to formation of reproductive barriers
and facilitate divergence toward speciation. Wood white butterflies of the genus Leptidea (Pyralidae)
are one of good models for studying the relationships between their chromosome evolutions andreproductive isolations. Three Western Palearctic cryptic species, Leptidea juvernica, L. sinapis, L.
reali clearly differ in their genetic and karyotype characteristics. Recent works reported that theirkaryotypes show variable chromosome numbers even within species and they have a unique system
of multiple sex chromosomes with 3-4 W chromosomes and 3-6 Z chromosomes originating fromcomplex chromosome rearrangements between ancestral sex chromosome and autosome. However
little is known about their molecular genetic markers and genome information. Colleagues of mine andI are now trying to reconstruct complex sex chromosome evolutions in Leptidea genus and clarify theirrole in speciation. To identify genomic regions involved in their complex sex chromosomes, we have

established several genomic tools (BAC library, de novo assembled transcriptome, array-CGH etc.) in
Leptidea species. Using the tools we are analyzing complex sex chromosomes in Leptidea species. In
this seminar, I will introduce a part of our projects in the wood white butterflies.
ヒメシロチョウ属の数種の性染⾊体進化解明にむけて吉⼾敦⽣（岩⼿⼤学農学部）
蝶や蛾が属するチョウ⽬昆⾍は、動物界で最も種数が多い昆⾍種の 1 つである。種間での性染⾊体構成の違いは、⽣殖隔離さらには種分化に深く関与することが理論的には提唱されているが、その実証例はこれまでにほとんど無い。シロチョウ科コバネシロチョウ亜科に属する Leptidea 属（ヒメシロチョウの仲間）は、性染⾊体構成の変化が⽣殖隔離にどのように関与しているかを実証するのに適した鱗翅⽬昆⾍種の 1 つである。ヨーロッパに⽣息するヒメシロチョウ属の 3 種 Leptidea juvernica、L. sinapis、L. reali
は、形態的に区別するのは⾮常に困難であるが、遺伝的に明らかに区別でき、それらの染⾊体数もそれぞれの種で異なっている。さらに最近、それら 3 種の性染⾊体構成はそれぞれの種で異なっており、W 染⾊体が 3-4、Z 染⾊体が 3-6 と⾮常に複雑で多様性に富んでいることが報告されている。Leptidea 属の性染⾊体システムは、複雑であるが故に、分⼦遺伝学的情報・ゲノム情報が皆無である。そこで、演者らは、複雑な性染⾊体同定を⽬指し、様々な⼿法 Leptidea 属の分⼦遺伝マーカーを構築し、ヒメシロチョウ属間の性染⾊体構成変化と種分化の関連性解明に向けて研究に取り組んでいる。本講演では、我々のヒメシロチョウの染⾊体研究の⼀部を紹介したい。

３．16:45〜17:30

Gain and loss of odorant receptor genes leads to variable organization among Ostrinia
moths
Dr. Yuji Yaskochi (Institute of Agrobiological Sciences, NARO)
More than 50 odorant receptor genes are located in lepidopteran genomes, however, little is known
about differences among closely related species, which might lead to phenotype changes in sex
pheromone response and host plant selection. We compared pheromone receptor gene clusters
among three Ostrinia moths, and found variable gene organization due to gene duplications andsubsequent inactivation.
嗅覚受容体遺伝⼦の重複・⽋失とアワノメイガ属内での遺伝⼦構成の多様化
安河内祐⼆（農研機構）
嗅覚受容体遺伝⼦は、チョウ⽬ではゲノム上に 50 コピー以上存在するが、近縁種間にどのような相違が存在して性フェロモン受容や⾷草選択などの表現型に影響しているのかは明らかではない。性フェロモン成分の異なるアワノメイガ属３種で、性フェロモン受容体サブファミリーに属する遺伝⼦クラスターの構造を⽐較したところ、遺伝⼦の重複・⽋失に伴う遺伝⼦構成の違いが⾒出された。その他の嗅覚受容体遺伝⼦の多様性についても解析を進めているので、合わせて紹介したい。