博士（理学）大津敬

学 位論文 題名
Cold adaptations in Drosophila：Qualitative and quantitative changesof triacylgycerols in relation to overwinterlng（ シ ョ ウ ジ ョ ウバ ェ の 低 温 適応 一 越 冬 に と もな う
卜 リ ア シル グリセ口 一ルの 質的、量 的変化）
学 位 論 文 内容 の 要 旨

温帯 、寒帯域 に分布す る昆虫の 多くは、低 温及び餌 不足に特徴付けられる冬を乗リ切る ため、秋 に休眠に 入るとと もに、低温 抵抗性を 高め、そして越冬中のエネルギー源と なる物質 を蓄積す る。これ ら越冬のた めの適応 的形質のうち、休眠、低温抵抗性につ いてはこ れまでに よく研究 されてきた が、エネ ルギー貯蔵物質についての研究は少 な い。 昆 虫は 、 一 般に ト リ アシ ル グリ セ ロ ール （ TAG） が主要 なエネル ギー貯蔵物質 であると 考えられ ており、 その蓄積量 が休眠個 体において増えること、また構成脂肪酸の不飽和度が高くなっていることがぃくっかの昆虫で報告されている。しかし、TAGの 化学 的 組成 及 び 蓄積 量 と 越冬 能 カと の 関 係に づ いて はこれ までほと んど調べられていない。
本研 究の目的 は、エネ ルギー貯 蔵物質であ るTAGの越冬 に伴う質 的、量的 変化を、
亜 熱 帯か ら 暖温 帯 、 冷温 帯 にかけ て分布する ショウジ ョウバェ 7種、9系統 について比 較 する こ とに よ り 、越 冬 に おけ る TAGの 役 割 を明 ら かに するこ とにある 。実験に用 い たハ エ はキ イ ロ ショ ウ ジ ョウ バ ェ種 群

（ Drosophila melanogaster speciesgroup)に属 し、その 分布域と 低温抵抗 性の違いか ら、冷温帯種(D.au′aria，D. bi‑auraria，D.fr』lauraria，D.subaurar
洒）、暖温帯種(D．ru．fa，D．ん絶S卯ロS）、亜熱 帯 種（ D． fa如 由 a曲 mの 3グ ル ープ に 分け ら れ る。 こ れら のハエの うち冷温 帯種4種 と D． rUfaは 、 mondUmSpeCieSSubgroupに 、他 の 2種 は fa畑 轟a始ロ SpeCieSSub‐groupに属 する。こ れまでの 研究から 冷温帯種及 び暖温帯 種は成虫 で休眠す ることが明らかになっている。
第 1章 で は 、 こ れ ら の ハ エを 短 日 条 件 （ 10時間 明期 ： 14時間 暗期 ）と 長日 条件（ 15時 間 明 期 ： 9時 間 暗 期 ）で 飼 育 し 、 TAGと グリ コー ゲン の蓄 積量 を比 較し た。
冷 、 暖 温 帯 種 は、 短日 条件 下で 生殖 休眠 に入 り、 非休 眠個 体に 比べ より多 くの TAG
を 蓄 積 し た 。 冷温 帯種 と暖 温帯 種を 比ぺ ると 、TAGの蓄 積量 は前 者で 多く 、な かでも 最も 北方 に分 布す るDI subaurariaにおいて最大であった。亜熱帯種は温帯種ほど多 く の TAGを 蓄積 でき なか った 。一 方、 グリコ ーゲ ン量 につ いて は、 休眠 、非 休眠
個 体間 及び温帯種、亜熱帯種間ではっきりとした相関はみられなかった。以上の結果
か ら 、 こ れ ら ショ ウジ ョウ バェ にお いて 、越 冬時 の主 要な エネ ルギ ー源は TAGであり、その蓄積量が越冬能カと関係することが推測された。
第 2章 で は 、 屋 外 で の 飼 育、 越 冬 実 験 に よ り、 TAGの 蓄積 がこ れら のハ エの 越冬に 果た す役割を調べた。屋外飼育は北海道大学構内の木立の中に設置した飼育箱を使用 し、 8月 中旬 から 行っ た。こ れま での 研究 から D， aurarfaは 雪の下で越冬すること が知 られ てい るの で、 12月 中旬 に根 雪と なっ た後 は、雪 の下 に埋めた発泡スチロ
ー ル 箱 の 中 に 飼 育 ピ ン を 移 し 、 そ の 後 4月 ま で死 亡個 体数 とTAG蓄積 量の 変化 を調べ た 。 実 験 個 体が 経験 した 日長 と温 度は 8月中 旬か ら12月中 旬ま では 札幌 の自 然条
件 と 同 じ で あ り 、 ま た 、 雪 の 下 に 埋 め ら れ て か ら 4月 上 旬 ま で は 暗 黒 下 で、 ほぼ
0． 2℃ で あ っ た 。 屋 外 実 験 の 結 果 、 D． sU6a ′ amと D． む ね Uram大 沼 系 統 で は9月上 旬以 降に 羽化 した 個体が 生殖 休眠に入リ、暖温帯種では、10月中旬以降に羽化した個体が休眠に入った。亜熱帯域由来のD．師a ′a′』・『a亀徳系統は休眠に入らなかっ た。 D， sUぬ U′ar．ね とD． 織U′ar．ね大沼系統では、9、10月に羽化した個体のTAG量 は 12月 中 旬 に 最 大 で 体 重 の 16％ に 達 し た 。 そ れ ら の 個 体 の 50〜 70％が 春 ま で 生 存 し た 。 11月 以 降 に 羽 化 し た 個 体の TAG量 は 体 重 の 9％ 以 上 に 達 す る
こ と は な く 、 生 存 率 も 低 か っ た （ 0〜 35％ ） 。 暖 温 帯 種 と D． 酊 aUram亀 徳 系 統で は 、 12月 中 旬 に お け る TAG蓄 積 量 は 少 な く （ 体 重 の 2〜9％ ） 、 こ れ ら のハ エが春 まで 生存 する こと はな かっ た。 また、これらすべての実験系統において、体内のTAG量 は 12月 中 旬 以 降 徐 々 に 減 少 し た 。 以 上 の 結 果 か ら 、 TAGは 越 冬 中 エ ネ ル ギ
ー 源と して利用されており、その蓄積量はこれらショウジョウバェの越冬能カを決定する一要因であると結諭した。

第3章で は、 越冬 にと もなう TAGの質 的変 化、すなわち脂肪酸の組成、TAG分子種の組成、相転移温度の変化を調べた。示差走査熱量測定（DSC）による解析の結果、TAGの相転移温度は、非休眠個体より休眠個体で低く、より北方に分布する種または系統で低かった。たとえば、冷温帯種の休眠個体のTAGはO℃、すなわち越冬条件でほぼ100％が液相だったのに対し、D． 1utescensでは50％以上が固相だった。一般にTAGの相転移温度はその不飽和度に依存するので、まず構成脂肪酸の不飽和度を調べたところ、休眠個体および、より北方に分布する種で高かった。次に 、TAG分 子種 を不飽和度に従って分画し、飽和TAGの全体に占める割合（実測値）を求め、構成脂肪酸の組成を基に、TAG合成時に脂肪酸がグリセロールにランダムに取リ込まれると仮定したときに得られる飽和TAGの割合（期待値）と比較した。その結果、冷温帯種では実測値は期待値の1110〜1/3であり、D．rufaでは1/3〜 2/3であった。一方、D．1utescesとD．takahashiiでは実測値と期待値はほとん
ど 同じ であ った 。以上の結果から、飽和TAGが少なぃことが、TAGの相転移温度を低下させるために重要であること、このことは一般には構成脂肪酸の不飽和度を高めることによって達成されているがmontiumspeciessubgroupでは、それに加えて、脂肪酸のグリセロールヘの選択的取り込みを行うことにより達成されていると結諭した。
以上のように本研究では昆虫の越冬におけるTAGの重要性を明かにしたが、とりわ け、 TAG蓄積 量と 越冬 能カに 相関 がみ られ ること（第2章）、DSCを用いてTAGの熱挙動を明らかにしたこと、飽和TAG合成を抑えることに適応的意義があることを示レたこと（第3章）は、これまでにない新しい知見である。飽和TAGの合成を抑える機構は、TAG合成系の酵素の量的、質的違いによることが予想され、今後この系の詳しい解析がなされれば、気候適応を分子レペル、遺伝子レベルで理解できるようになると期待される。

学位論文審査の要旨
主 査 教
授 堀浩
副 査 教授 戸憲
副 査 教 教 授 芦 田 正 明
副 査 助
授 木 田 正 人村 正

学 位 論 文 題 名Cold adaptations in Drosophila :Qualitative and quantitative changesoft
riacylgycerolsinrelationtooverw
intering（ シ ョウ ジョ ウバェの 低温適応ー 越冬にと もなうー

卜リ ア シ ルグ リ セ口 一 ル の質 的 、量的 変化）

生 物は様々な 環境の変 化に適応するが、それがどのような生理学的、生化学的機構によっているかは極めて興味深い問題である。温帯、寒帯域に分布する多くの昆虫は、冬 季に備えて 休眠状態 に入り、 低温抵抗性を高め、越冬中のエネルギー源となる物質を蓄積する。これら越冬のための適応的形質のうち、休眠、低温抵抗性についてはこれ までによく 研究され てきたが 、エネルギー源の蓄積についての研究は少なぃ。いくっ か の昆 虫 に おい て は、 主 要 なエ ネル ギー貯蔵 物質がトリ アシルグ リセロー ル(TAG） であり、そ の蓄積量 が休眠個 体におい て増える こと、ま た構成脂肪酸の不飽和度が 高 くな る こ とが 知 られ て い るが 、TAGの 化学的組 成や蓄積量 と「適応 」との関 連
性 を直接証明 した例は ない。申 請者は、 近緑で、 分布域の 異なるショウジョウバェ7種 、 9系 統を 比 較 する こ とに よ り 、越 冬 能カ と TAGの質 的 、 量的 変化との 関係を明ら かにした。 実験に用 いたハエ はその分布域と低温抵抗性の違いから、冷温帯種、暖― 78―

温帯種、亜熱帯種の3グループに分けられる。
第1章では、短日条件（10時間明期：14時間暗期）下で生，殖休眠に入る冷、暖温帯種は非休眠個体に比ペ、より多くのTAGを蓄積していること、冷温帯種と暖温帯種を比べるとTAG量は前者で多い，こと、亜熱帯種は温帯種ほど多くのTAGを蓄積できないことから、これらショウジョウバェにおける、越冬時の主要なエネルギー源 は TAGで あ り 、 そ の蓄 積 量 が 越 冬 能 カ と 相関 する 可能性 を示 唆し ている 。
第2章では、TAG蓄積量とこれらのハエの越冬能カとの関係を、直接、屋外実験により確かめている。その結果、冷温帯種、暖温帯種、亜熱帯種のうち、TAG蓄積量が一番多い冷温帯種のみが越冬可能であるが、その中でも秋早くに羽化した個体ほ
ど TAG量が 多く 春まで の生 存率が高いこと、また、すぺての系統において、TAG量は越冬中、徐々に減少していることから、TAGは越冬中エネルギー源として利用されており、その量はハエの越冬能カを左右する一要因であると結諭している。
第3章で は、 TAGの質 的変 化、す なわ ち脂 肪酸の 組成 、TAG分子種の組成、相転移温度の変化を調べている。示差走査熱量測定（DSC）の結果、冷温帯種の休眠個 体の TAGは0℃、 すな わち 越冬条 件で ほぼ 100％が 液相 であるのに比し、暖温帯種では50％以上が、゛亜熱帯種では70％以上が固相だった。また、この相転移温度の違いは、単に不飽和脂肪酸の比率が高いことだけでなく、不飽和脂肪酸をグリセロ ー ル ヘ 選 択 的 に 取 り 込 む 機 構 の 存 在 に よ ると 考 え ら れた 。
以上の成果のうち、TAG量と生存率との間に正の相関がみられること（第2章）、
DSCを 用 い て TAGの 熱 挙動 を 明 ら か に し た こと 、不 飽和 TAG合成 を促 進する 機構の存在を示したこと（第3章）は、新しい知見であり、気候適応を分子レベル、遺伝子レベルで研究するための礎石となったという点で、意義は大きい。また、4編の参考論文は査読っきの国際誌に掲載され、高い評価を受けている。よって審査員一同は 申 請 者 が 博 士 （ 理 学 ） の 学 位 に 十 分 な 資 格あ り と 認 める 。

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