• 社会性昆虫の巣内では、女王が生殖を行い、働きアリ(ハチ)が育児や採餌を行う繁殖の分業が見られ、ハチ・アリ類やシロアリ類が代表的なグループです。
• 本研究ではハチ・アリ類、シロアリ類の女王および働きアリ(ハチ)の遺伝子発現実験データを公共データベースから多数収集し(34種から258個)、統合的な解析をすることで、繁殖の分業に必要な遺伝子を明らかにすることを目指しました。
• 主要な社会性昆虫全体で女王および働きアリ(ハチ)で高発現する傾向がある20個の遺伝子を発見しました。この中には、これまでに女王と働きアリ(ハチ)で発現に違いがある遺伝子として報告されていないものも含まれており、新規の関連遺伝子の発見となりました。

　広島大学大学院統合生命科学研究科の栂浩平研究員および坊農秀雅特任教授は、公共データベース(以下公共DB)に蓄積された多数の遺伝子発現実験データを利活用し、社会性昆虫の繁殖の分業に関連する候補遺伝子を特定しました。
　昆虫の中には社会性昆虫と呼ばれるグループが存在します。社会性昆虫の最も大きな特徴は、巣内に繁殖する個体としない個体がいることです。この繁殖の分業は、ハチ・アリ類やゴキブリに近縁なシロアリで独自に進化しています。
　本研究では、公共DBに登録されている社会性昆虫34種・258セットの遺伝子発現実験データの統合・再解析により、女王と働きアリ(ハチ)との間で発現が異なる遺伝子を探しました。これほど多数の種・多数のデータで比較した例はこれまでありません。その結果、女王および働きアリ(ハチ)で高発現する遺伝子を20個発見しました。この中には、これまで発現差があることが報告されていない遺伝子も含まれており、新規の発見となりました。20遺伝子のうちインスリンの分泌や睡眠の制御に働くことが推定される遺伝子もあり、いずれも生殖能力や寿命に関係することが示唆される要因です。これらの遺伝子の機能解析が進めば、女王がなぜ長寿で生殖を活発に行えるのか、そして働きアリ(ハチ)は生殖を行わず育児や採餌に専念するのか、その仕組みに迫れるのではないかと考えています。
　本研究成果は、スイスの出版社 Multidisciplinary Digital Publishing Institute(MDPI)のInternational Journal of Molecular Sciences誌に2022年5月6日に掲載されました。

• 著者
  Kouhei Toga¹⁾, Hidemasa Bono*²⁾
  * Corresponding author
  1)大学院統合生命科学研究科・研究員
  2)大学院統合生命科学研究科・特任教授
   
• 論文題目
  Meta-Analysis of Public RNA Sequencing Data Revealed Potential Key Genes Associated with Reproductive Division of Labor in Social Hymenoptera and Termites
   
• 掲載雑誌
  International Journal of Molecular Sciences.
  DOI:  https://doi.org/10.3390/ijms24098353

　昆虫の中には社会性昆虫と呼ばれるグループが存在します。社会性昆虫の最も大きな特徴は、巣内に繁殖する個体としない個体がいることです。この繁殖の分業は、主にハチ類(ミツバチ、スズメバチ、アリ)や、ゴキブリに近縁なシロアリで独自に進化しています。繁殖の分業の各系統における独自の進化にはどのような遺伝的な共通性があるのかは、主に少数の種を用いた遺伝子発現比較によって調べられてきましたが、多数の種を利用した解析はありませんでした。より多くの種で共通して発現が変化する遺伝子は、社会性昆虫の繁殖の分業に必要な遺伝子である可能性が高いと予想されます。
　しかし、多数の種のサンプルを自身で集めて全て解析することは、極めて難しいです。そこで、公共DBにある既存の遺伝子発現データを用いることが効果的です。社会性昆虫の繁殖の分業に関わる遺伝子発現実験データは、各種ごとに公共DBに蓄積されており利用可能でした。また、既存の研究データを統合・再解析する手法はメタ解析と呼ばれ、個別の研究では明らかにならなかった新規の遺伝子発現変化をも発見できるメリットもあります。
　以上より、私たちは遺伝子発現実験データのメタ解析により、社会性昆虫全体で共通して発現が変化する遺伝子や、これまでに報告がない新規の遺伝子発現変化を明らかにする研究に取り組みました。

　社会性昆虫34種から、女王および働きアリ(ハチ)のRNA-seq^*1実験データを258ペア収集しました。当研究室では、発現が上昇もしくは低下したペア数をもとにランク付けを行い、遺伝子の発現変化を評価する方法を開発していました。本研究ではそれを利用して、女王で発現が高いもしくは働きアリ(ハチ)で発現が高い遺伝子を20個(女王と働きアリ(ハチ)でそれぞれ10個)特定しました(図1)。女王で発現が高い遺伝子の上位二つは、ビテロジェニンと呼ばれる卵黄の前駆タンパク質をコードする遺伝子とその受容体でした。これらはすでに女王で高発現することが多くの種で知られている遺伝子なので、得られた遺伝子リストに信頼性があることがわかります。また、20個のうち12個の遺伝子がこれまで繁殖の分業に関与するという報告が無い遺伝子であり、メタ解析の効果が発揮されました。
　リスアップされた遺伝子が他の動物ではどのような機能を担っているかを調べると、インスリンの分泌や、睡眠の制御に関わる遺伝子が含まれていることがわかりました。これらは生殖能力や寿命に関わることが示唆される要因です。

　社会性昆虫の女王は生殖能力が高く長寿です。本研究で明らかになった遺伝子の機能解析が進めば、人類社会にも役立つ生殖能力の向上や長寿の仕組みが、社会性昆虫からわかるかもしれません。

本研究は、科学技術振興機構(JST)が助成する共創の場形成支援プログラム(COI-NEXT)｢Bio-Digital Transformation(バイオDX)産学共創拠点｣ (JPMJPF2010)によって実施されました。

(*1)RNA-seq：サンプル中の検出可能なすべての遺伝子について、その配列や発現量を網羅的に測定できる技術。