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助成番号 160096
研 究 成 果 報 告 書（国立情報学研究所の民間助成研究成果概要データベース・登録原稿）
研究テーマ（和文） ＡＢ

ホメオティック遺伝子による昆虫の脱皮回数制御機構の解明

研究テーマ（欧文） ＡＺ

Roles for Hox genes in the control of the number of larval molts

研究氏代表名者

ｶﾀｶﾅ ＣＣ姓）ダイモン名）タカアキ

研究期間 Ｂ

２０１６ ～ ２０１７

漢字 ＣＢ

大門

高明

報告年度 ＹR

２０１７ 年

ﾛｰﾏ字 ＣＺ

DaimonTakaaki

研究機関名

京都大学

研究代表者 ＣＤ
所属機関・職名

年

京都大学大学院農学研究科 昆虫生理学分野 教授

概要 ＥＡ (600 字～800 字程度にまとめてください。)
昆虫の脱皮は脱皮ホルモンがトリガーとなって実行される。幼虫は脱皮を繰り返すことで体サイズを増加させ、十分大きく成長した幼虫は蛹へと変態する。しかし、昆虫の幼虫脱皮の「回数」がどのように決定されるのか、そのメカニズムはほとんど分かっていない。本課題では、カイコの M (Moltinism)という遺伝子に着目し、昆虫の脱皮回数の決定機構を解析した。M には３種類の複対立遺伝子があり、M3 は３回、M4（これが標準型と呼ばれる）は４回、M5 は５回の幼虫脱皮を引き起こす。M の候補遺伝子は、ホメオティック遺伝子である Sex combs reduced (Scr)である。 M3, M4, M5 の各系統間で比較解析を行うことにより、幼虫期において Scr は脱皮ホルモンの生合成器官である前胸腺で特異的に発現すること、幼虫脱皮の直前に明瞭なピークを作ること、 M5 系統ではこの前胸腺における発現が失われていることが明らかになった。蛹
変態の前には体サイズのチェックポイントが存在するが、このサイズには各系統間で大きな差異がなかったことから、 Scr は前胸腺における脱皮ホルモン生合成を調節することで、チェックポイントに達するまでの発育タイミングを規定するものと考えられる。さらに、 Scr を前胸腺特異的に発現させるエンハンサー配列を同定し、 M5 系統ではこのエンハンサーが機能しないために前胸腺での Scr 発現が失われることを見出した。 Scr は胚子期においては前胸腺の分化に必須であることが知られている。しかし本研究によって、 Scr は後胚発生においても前胸腺で特異的に発現し、脱皮ホルモンの生合成を調節することが明らかになった。本研究によって、ホメオティック遺伝子の役割は形態形成だけにあるのではなく、後胚発生における発育タイミングも調節する、という新たな事実が示された。

キーワード ＦＡ

homeotic gene

hormoneinsect（以下は記入しないでください。）
助成財団ｺｰﾄﾞ ＴＡ

研究課題番号 ＡＡ

研究機関番号 ＡＣ

シート番号- 1 -molt

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。）
論文標題ＧＢ

Severe developmental timing defects(PTTH)-deficient silkworm, Bombyx mori

著者名 ＧＡ

Uchibori-Asano,
M. et al.

雑誌名 ＧＣ

Insect Biochemistry and Molecular Biology

ページ ＧＦ14～25

発行年 ＧＥ

2

雑誌

1the

7

prothoracicotropic

巻号 ＧＤ

hormone87

論文標題ＧＢ

Implantation assays using the integument of early stage Bombyx larvae: insights into
the mechanisms underlying the acquisition of competence for metamorphosis

著者名 ＧＡInui, T.,
Daimon, T.

and 雑誌名 ＧＣ

ページ ＧＦ35～42

発行年 ＧＥ

雑誌

0in

Journal of Insect Physiology
201

7

巻号 ＧＤ

100

論文標題ＧＢ
雑誌

著者名 ＧＡ
ページ ＧＦ

雑誌名 ＧＣ～発行年 ＧＥ

巻号 ＧＤ

発行年 ＨＤ

総ﾍﾟｰｼﾞ ＨＥ

発行年 ＨＤ

総ﾍﾟｰｼﾞ ＨＥ

著者名 ＨＡ
図書

書名 ＨＣ
出版者 ＨＢ
著者名 ＨＡ

図書

書名 ＨＣ
出版者 ＨＢ

欧文概要 ＥＺ
Insect molting and metamorphosis are governed by molting hormones and juvenile hormones. Molting
hormones ecdysones trigger each larval-larval molt, while juvenile hormones prevent precocious
metamorphosis and allow larvae to undergo multiple rounds of molting until larvae reach the appropriate
size for metamorphosis. Roles for these two hormones are well studied, but the mechanisms underlying
the number of larval molts are poorly understood. In this project, we have focused on the silkworm M(Moltinism) locus that governs the number of larval molts in the silkworm. Silkworms have typicallyhave five larval instars, but the M strains vary between four and six. We have performed positional
cloning of the M locus and found that the homeotic gene Sex combs reduced (Scr) is the strong candidate
for the M locus. Our results showed that Scr is specifically expressed in the prothoracic gland, an
endocrine organ for the biosynthesis of molting hormones, during larval stages, with a clear peak justbefore each larval ecdysis. We also identified an enhancer sequence that is necessary to express Scr
specifically in the prothoracic gland, and found that the expression of Scr in the prothoracic glandis almost lost in the M5 strain due to the loss of this enhancer. Our results suggest that controls
the biosynthesis of molting hormones in the prothoracic gland, thereby regulating the number of larvalmolts in the silkworm, and further imply that roles of homeotic genes are not only in morphogenesis
but also in regulation of developmental timing.

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