生物遺伝資源学(嶋田研究室)

研究テーマ

カイコの変異体を用いた形質発現の分子機構解明

日本では、カイコ(Bombyx mori;カイコガ科)の変異系統が500以上も保存されています。分子生物学のモデル生物であるキイロショウジョウバエを除けば、これほど多くの変異系統を保持する昆虫種は他にありません。変異系統が示す特異な形質は、脱皮・変態や食性などの生理的形質から、産卵や営繭などの行動形質まで多岐にわたります。ショウジョウバエと異なり、幼虫期の斑紋や形態の変異が多いという特徴がありますが、卵・蛹(繭)・成虫で観察される変異形質も多くあります。

【図1】カイコの変異体

2008年にカイコゲノムが解読されて以降、世界の研究者たちが変異形質の原因遺伝子の探索に注力してきたにも関わらず、大部分の変異形質については未だに原因遺伝子が特定されていません。私たちの研究室では、次世代シーケンサーを活用し、これまで原因遺伝子の特定が難しいと考えられてきた変異形質の研究をおこなっています。現在は、営繭行動や産卵行動など、行動に関する変異体の解析を進めています。

エリサン(ヤママユガ科)の遺伝学

ヤママユガ科蛾類は、蛹での休眠性、青色-緑色系の鮮やかな幼虫体色、種ごとに異なる多様な食性など、カイコでは見られない様々な特性を持っています。当研究室の重要な研究対象であるエリサンSamia riciniは、同科に属する大型の蛾です。エリサンは、カイコと同様に家畜化された昆虫であり、野外には存在しません。多くのヤママユガ科蛾類は、幼虫の飼育が難しく、かつ飼育環境下における採卵も困難ですが、エリサンは、実験室内で容易に飼育することができ、継代も比較的簡単です。また、野生種であるシンジュサンSamia cynthia pryeriと交配して雑種を作ることもできます。私たちは、エリサンをはじめとするヤママユガ科蛾類の形質遺伝学を通して、カイコには存在しない諸形質の遺伝子基盤の解明に取り組んでいます。

【図2】白眼変異体
【図3】青色系統
【図4】エリサンの系統による繭色の違い
【図5】斑紋(Spot)系統

鱗翅目昆虫のゲノム進化

私たちの研究室の研究テーマに共通する目標は、「鱗翅目昆虫の進化の謎を遺伝子で紐解く」というものです。なにゆえこの昆虫はこのような生態を有するのか?という疑問に対して、近縁種との比較を通して、進化のトリガーとなった遺伝子を同定し、その機能を解明することで答えようとしています。そのために、鱗翅目昆虫のゲノムを種間・系統間で比較する必要があります。私たちは、バイオインフォマティクス技術を駆使し、鱗翅目昆虫の比較ゲノム解析をおこない、対象となる種や系統が「なぜ」「どのように」進化してきたのかを、ゲノムレベルで解明することに取り組んでいます。

【図6】エリサンとカイコのゲノム比較

ヤママユガ科・カイコガ科蛾類のゲノム編集技術の開発

2013年にCRISPR/Cas9が登場して以降、分子生物学において、遺伝子ノックアウトによる機能証明はほとんど必須のプロセスとなりました。とくに、鱗翅目昆虫においては、RNAiなどによる遺伝子発現の抑制(ノックダウン)が難しいので、遺伝子機能解析のためには必ず遺伝子をノックアウトする必要があります。
鱗翅目昆虫では、初めてカイコにおけるCRISPR/Cas9による遺伝子ノックアウトが有効であることが報告され、その後コナガなどでも同法によるノックアウトが可能であることが報告されています。しかし、非モデル生物種において新しく遺伝子ノックアウト系を確立することは、依然として骨の折れる作業であり、カイコの近縁種でも簡単ではありません。私たちの研究室では、エリサンおよび他のヤママユガ科・カイコガ科蛾類を対象に、CRISPR/Cas9やTALENによる遺伝子ノックアウト法を開発しています。合わせて、遺伝子ノックアウトに代わる機能解析技術の開発や遺伝子ノックイン技術の開発にも取り組んでいます。

活動実績

主な論文

Zhou Y, Li X, Katsuma S, Xu Y, Shi L, Shimada T, Wang H. (2019) Duplication and diversification of trehalase confers evolutionary advantages on lepidopteran insects.
Molecular Ecology 28: 5282-5298, 2019.

Tomihara K, Satta K, Shimada T, Kiuchi T. (2019) CRISPR/Cas9-mediated somatic mutation of the sex-linked translucent (os) gene in the silkworm, Bombyx mori. Journal of Insect Biotechnology and Sericology 88: 31-38.

Kawamoto M, Jouraku A, Toyoda A, Yokoi K, Minakuchi Y, Katsuma S, Fujiyama A, Kiuchi T, Yamamoto K, Shimada T. (2019) High-quality genome assembly of the silkworm, Bombyx mori. Insect Biochemistry and Molecular Biology 107: 53-62.

Kiuchi T, Sugano Y, Shimada T, Katsuma S. (2019) Two CCCH-type zinc finger domains in the Masc protein are dispensable for masculinization and dosage compensation in Bombyx mori. Insect Biochemistry and Molecular Biology 104: 30-38.

Lee J, Kiuchi T, Kawamoto M, Shimada T, Katsuma S. (2018) Accumulation of uric acid in the epidermis forms the white integument of Samia ricini larvae. PLoS One 13: e0205758.

Wang L, Dong Z, Wang J, Yin Y, Liu H, Hu W, Peng Z, Liu C, Li M, Banno Y, Shimada T, Xia Q, Zhao P. (2018) Proteomic analysis of larval integument in a dominant obese translucent (Obs) silkworm mutant. Journal of Insect Science 18: 4.

Zhang H, Kiuchi T, Hirayama C, Banno Y, Katsuma S, Shimada T. (2018) A reexamination on the deficiency of riboflavin accumulation in Malpighian tubules in larval translucent mutants of the silkworm, Bombyx mori. Genetica 146: 425-431

Takai H, Ozawa R, Takabayashi J, Fujii S, Arai K, Ichiki RT, Koeduka T, Dohra H, Ohnishi T, Taketazu S, Kobayashi J, Kainoh Y, Nakamura S, Fujii T, Ishikawa Y, Kiuchi T, Katsuma S, Uefune M, Shimada T, Matsui K. (2018) Silkworms suppress the release of green leaf volatiles by mulberry leaves with an enzyme from their spinnerets. Scientific Reports 8: 11942.

Fukui T, Kiuchi T, Shoji K, Kawamoto M, Shimada T, Katsuma S. (2018) In vivo masculinizing function of the Ostrinia furnacalis Masculinizer gene. Biochemical and Biophysical Research Communications. 503: 1768-1772.

Ito K, Kidokoro K, Katsuma S, Sezutsu H, Uchino K, Kobayashi I, Tamura T, Yamamoto K, Mita K, Shimada T, Kadono-Okuda K. (2018) A single amino acid substitution in the Bombyx-specific mucin-like membrane protein causes resistance to Bombyx mori densovirus. Scientific Reports 8: 7430.

Takai H, Asaoka K, Ishizuna F, Kiuchi T, Katsuma S, Shimada T. (2018) Morphological and electrophysiological differences in tarsal chemosensilla between the wild silkmoth Bombyx mandarina and the domesticated species Bombyx mori. Arthropod Structure & Development 47: 238-247.

Hikida H, Kokusho R, Kobayashi J, Shimada T, Katsuma S. (2018) Inhibitory role of the Bm8 protein in the propagation of Bombyx mori nucleopolyhedrovirus. Virus Research 249: 124-131.

Zhang, H., Kiuchi, T., Hirayama, C., Katsuma, S., Shimada, T. (2018) Bombyx ortholog of the Drosophila eye color gene brown controls riboflavin transport in Malpighian tubules. Insect Biochemistry and Molecular Biology 92: 65-72.

Namiki S, Fujii T, Shimada T, Kanzaki R. (2017) The morphology of antennal lobe projection neurons is controlled by a POU-domain transcription factor Bmacj6 in the silkmoth Bombyx mori. Scientific Reports 7: 14050.

Zhang H, Kiuchi T, Wang L, Kawamoto M, Suzuki Y, Sugano S, Banno Y, Katsuma S, Shimada T. (2017) Bm-muted, orthologous to mouse muted and encoding a subunit of the BLOC-1 complex, is responsible for the otm translucent mutation of the silkworm Bombyx mori. Gene 629: 92-100.

Shoji K, Suzuki Y, Sugano S, Shimada T, Katsuma S. (2017) Artificial "ping-pong" cascade of PIWI-interacting RNA in silkworm cells. RNA 23: 86-97.

Kokusho R, Koh Y, Fujimoto M, Shimada T, Katsuma S. (2016) Bombyx mori nucleopolyhedrovirus BM5 protein regulates progeny virus production and viral gene expression. Virology 498: 240-249.

Sugano Y, Kokusho R, Ueda M, Fujimoto M, Tsutsumi N, Shimada T, Kiuchi T, Katsuma S. (2016) Identification of a bipartite nuclear localization signal in the silkworm Masc protein. FEBS Letters 590: 2256-2261.

Ito K, Shimura S, Katsuma S, Tsuda Y, Kobayashi J, Tabunoki H, Yokoyama T, Shimada T, Kadono-Okuda K. (2016) Gene expression and localization analysis of Bombyx mori bidensovirus and its putative receptor in B mori .midgut. Journal of Invertebrate Pathology 136: 50-56.

Yuasa M, Kiuchi T, Banno Y, Katsuma S, Shimada T. (2016) Identification of the silkworm quail gene reveals a crucial role of a receptor guanylyl cyclase in larval pigmentation. Insect Biochemistry and Molecular Biology 68: 33-40.

Ito K, Katsuma S, Kuwazaki S, Jouraku A, Fujimoto T, Sahara K, Yasukochi Y, Yamamoto K, Tabunoki H, Yokoyama T, Kadono-Okuda K, Shimada T. (2016) Mapping and recombination analysis of two moth colour mutations, Black moth and Wild wing spot, in the silkworm Bombyx mori. Heredity 116: 52-59.

プロフィール/メンバー

教授

嶋田 透(Toru Shimada)

教授経歴

1982年 東京大学農学部 卒業
1984年 東京大学大学院農学系研究科 修士課程 修了
1987年 東京大学大学院農学系研究科 博士課程 修了
1987年 財団法人がん研究振興財団 リサーチ・レジデント
1988年 国立予防衛生研究所 研究員
1990年 東京大学農学部 助手
1995年 東京大学農学部 助教授
1996年 東京大学大学院農学生命科学研究科 助教授
2004年 東京大学大学院農学生命科学研究科 教授
2019年より現職


助教

李允求 (Jung Lee)

2010年 筑波大学附属駒場高等学校 卒業
2014年 東京大学農学部 卒業
2016年 東京大学大学院農学生命科学研究科 修士課程 修了
2019年 東京大学大学院農学生命科学研究科 博士課程 修了
2019年より現職

(受賞歴) 2016年3月 農学生命科学研究科長賞(東京大学)
2017年3月 Outstanding Oral Presentation Award, The 5th Asia-Pacific Congress of Sericulture and Insect Biotechnology (APSERI 2017)
2017年3月 農学生命科学研究科長賞(東京大学)


研究員

  • 科研費研究員 1名

研究員

指導受託大学院生(生命分子科学研究所客員所員) 1名
4年生
・2019年度6名
・2020年度5名