최고 연구원 Futabashi Ryo, Biosymbiotic Evolution Organization Research Group, Biological Process Research, 바카라 커뮤니티 (이하 "AIST"), Moriyama Minoru (Concurrentil), COCURTERENTER (CONCURRENTERTHENTH) (현재 과학 홍보를위한 일본 학회 특별 연구원, 국립 유전학 연구소), 도쿄 농업 대학 생명 과학부 Yajima Shunsuke 교수 (이하 "도쿄 농업 대학"), 카와하라 (Miki) Reika, 전직 자원의 전직 자원 및 생물학적 연구 센터 (Genome Analycor)의 Kawahara (Miki) Reika (Miki) Reika (Miki) Reika (Miki) Reika (Miki) Reika (Miki) Reika (Miki) Reika, Genome Analysion with and Genome Analysifor and Genome Resource의 연구원 도쿄 대학 (이하”도쿄 농업 대학교”라고 불리는 연구원변태| 및 세 가지 중요한 유형의 로투스 바카라자가 분석됩니다전사 인자확인되었습니다 우리는 다른 곤충의 "복숭아"의 특성을 결정하는 이러한 전사 인자 중 하나가 애벌레 특성을 생성하는 로투스 바카라자와 고칠기 기간이없는 잠자리에서 성인의 특성을 생성하는 로투스 바카라자를 제어한다는 것을 발견했습니다 이것은 곤충의 다양성을 담당하는 변성을 설명하는 데 중요한 성과입니다
이 연구 결과는 2022 년 2 월 21 일 (미국 미국 동부 시간)에 발표 될 예정입니다미국 국립 과학 아카데미의 절차"(국립 과학 아카데미의 절차)에 온라인 게시
큰 잠자리 애벌레 (AGO) 및 성인 : 변성으로 인해 특성이 크게 변합니다
곤충은 대부분의 종을 구성합니다 대부분의 곤충은 유충에서 성인으로 이동하는 "변성"으로 인해 형태와 행동을 변화시킵니다 "변형"을 통해 다양한 환경과 음식에 적응하는 능력은 곤충의 번영에 중요한 요소로 생각됩니다 또한, 곤충-특이 적 변성에 관여하는 분자는 인간과 동물에게 덜 유해한 곤충 성장 제어 제를 표적화하고 살충제 발병에 대한 단서와 같은 살충제 발달에 초점을 맞추고있다
곤충의 변성에 대한 분자 메커니즘은 유충과 Drosophila 및 누에와 같은 성인 곤충 사이의 분자 메커니즘입니다완전히 변성 곤충에서 연구되었습니다 반면에 "복숭아"기간이없는 메뚜기 및 바퀴벌레와 같은 곤충은불완전한 변태 곤충로 알려져 있습니다 불완전하게 변성 곤충 중, 잠자리는 "피아나"의 기간을 거치지 않고 유충 (AGO)에서 성인으로의 형태와 생태학을 극적으로 변화 시켰지만, 변태에 관여하는 특정 로투스 바카라자는 명확하지 않았다
AIST의 생물학적 과정 연구 부서는 다양한 곤충에 대한 고급 생물학적 기능과 생태 학적으로 중요한 기능을 가진 곤충의 신체 색상 형성을 명확히하기 위해 노력하고 있습니다 (2010 년 11 월 19 일,2012 년 7 월 10 일,2015 년 2 월 24 일,Aisotech Press 2019 년 1 월 15 일 발표) 및 곤충 변수와 관련된 공생 박테리아의 역할의 변화 (2020 년 6 월 11 일 발표 된 Aisotech Press) 도쿄 농업 대학교는 "교육, 문화, 스포츠, 과학 기술의 독특한 공동 연구 센터 : 생물학적 자원 게놈 분석 센터"로 임명되었습니다차세대 시퀀서를 사용하여 유기체의 로투스 바카라자 분석에 대한 실적을 가지고 있습니다 이 연구에서, 우리는 육지에 사는 다채로운 성인으로 수중에 사는 평범한 유충 (AGO)에서 형태를 극적으로 변화시키는 잠자리에 초점을 맞추고, 변태에 중요한 로투스 바카라자 그룹을 식별하는 데 노력했습니다 또한,이 연구 중 일부는 과학 연구를위한 과학 보조금 촉진 (JP18J21561), 새로운 학술 현장 연구 (18H04893, JP20H04936) 및 기본 연구 B (JP18H02491, JP18H02491, JP19H0287)의 지원으로 수행되었습니다
잠자리는 애벌레 (Sea Roe) 동안 어두운 신체 색상으로 수중에 살고 있지만 성인으로 변형 될 때 발달 된 시력을 사용하여 적극적으로 공중을 날아 다니며 많은 종은 남성과 여성 사이에 매우 다른 신체 색상을 가지고 있습니다 그러나 유충 및 성인의 특성과 관련된 특정 로투스 바카라자는 명확하지 않았습니다 그것은 damselfly 잠자리의 한 유형입니다Aomonodakuro(도 1), 다양한 발달 단계에서 신체의 다양한 부위에서의 로투스 바카라자 발현은 차세대 시퀀서를 사용하여 포괄적으로 분석되었다 결과적으로, 유충 기간 동안 만 신체 전체에 발현 된 8 개의 로투스 바카라자와 성인 기간 동안 만 신체 전체에 발현 된 7 개의 로투스 바카라자가 얻어졌다
그림 1 실험에 사용 된 파란색 잠자리와 아늑한 잠자리
흰색 화살촉은 유충의 빈 껍질을 나타냅니다
이 15 개의 로투스 바카라자의 경우 청색 꼬리 잠자리의 복부 표피를 목표로로컬 RNAI 방법를 사용하여 로투스 바카라자 기능 억제를 수행 하였다 유충과 성인의 특성이 바뀌 었는지 여부를 분석합니다 결과적으로 파란 눈 잠자리와Koshiaki DragonflyKR-H1gene,e93gene,Broad3 개의 로투스 바카라자 전사 인자의 기능 억제는 변성과 관련된 것과는 다른 표현형을 나타냈다
KR-H1로투스 바카라자는 많은 곤충에서 애벌레 특성의 유지에 관여하는 전사 인자이며, 계란에서 유충까지의 잠자리에서 표현되지만최종 Instar 유충그것이 유충이되었을 때 나타나지 않았다 (다음 털갈이에 성인이 된 성인 애벌레)KR-H1유충에서 국소 적으로 로투스 바카라자 기능을 억제 한 유충 에서이 영역에서 성인 유사 신체 색상 및 표면 구조가 생성되어 성인과 유사한 변형이 발생 함을 확인했습니다 (그림 2)
그림 2 푸른 잠자리에서KR-H1로투스 바카라자의 기능 분석
복부의 일부에서 로투스 바카라자 발현이 억제되었다
흰색 화살촉KR-H1로투스 바카라자를 국소 적으로 억제 한 유충에 나타나는 성인과 같은 신체 색상을 보여줍니다
e93로투스 바카라자는 많은 곤충에서 성인 특성의 형성에 중요한 전사 인자이며, 그것이 최종 유도 애벌레의 중간에 잠자리에서 표현된다는 것이 확인되었습니다e93로투스 바카라자 기능을 국소 적으로 억제 한 성인의 경우KR-H1로투스 바카라자와는 반대로, 유충과 같은 신체 색상과 표면 구조는이 부분에서 볼 수 있으며e93로투스 바카라자는 성인에게 필수적이라는 것이 밝혀졌습니다 (그림 3)
그림 3 파란색 꼬리 잠자리에서e93로투스 바카라자의 기능 분석
흰색 화살촉e93국소 적으로 억제 된 로투스 바카라자가있는 성인에서 볼 수있는 유충과 같은 영역을 보여줍니다
유충-유사 영역과 정상 영역 사이의 경계에서 표면 구조는 주사 전자 현미경을 사용하여 관찰되었습니다
Broad로투스 바카라자는 번데기 기간을 가진 완전히 변성 곤충에서 번데기의 특성을 결정하는 전사 인자로 기능 할 수 있으며, 괴짜 기간이있는 귀뚜라미 (메뚜기) 및 바퀴벌레 (수탉)에서는 전사 인자는 성인과 동일합니다Wings난소 튜브의 개발에 관여하는 것으로 알려져 있습니다 잠자리Broad로투스 바카라자는 계란에서 마지막 Instar 애벌레의 전반부로 발현되는 것으로 확인되었다Broad유충에서 로투스 바카라자 기능을 억제하는 유충에서 회색 채색이 관찰되었지만KR-H1로투스 바카라자와 달리 남성과 암컷의 차이는 관찰되지 않았으며, 유충과 유사한 표면 구조는 성인 특성과 동일하지 않은 것으로 간주되었다 (도 4)
그림 4 파란색 꼬리 잠자리에서Broad로투스 바카라자 분석
흰색 화살촉Broad로투스 바카라자를 국소 적으로 억제 한 유충에서 나타나는 회색 색상을 보여줍니다
KR-H1gene,e93gene,Broad모든 로투스 바카라자는 전사 인자로서 작용하므로 유충 및 성인의 특성에 직접 관여하는 로투스 바카라자의 기능을 제어 할 것으로 예상되었다 (예 : 표피 형성 및 안료 합성) 이것을 자세히 설명하기 위해, RNA를 푸른 꼬리 잠자리 유충의 표피의 RNAi 영역 및 처리되지 않은 영역으로부터 별도로 추출하고, 포괄적 인 로투스 바카라자 발현 분석을 수행 하였다KR-H1gene,Broadgene,e93로투스 바카라자가 확인되었다 이들 중에는 성인의 생생한 신체 색 형성에 관여 할 것으로 예상되는 안료 합성 로투스 바카라자가 있으며, 유충과 성인 사이의 다른 신체 표면 구조의 형성에 관여 할 것으로 예상됩니다Cutchle많은 단백질 로투스 바카라자가 포함되어 있습니다 또한,KR-H1by Gene RNAiKR-H1로투스 바카라자 발현을 억제하는 영역에서, 성인 발현 패턴이 확인되었으며, 여기서 표피에서 작용하는 로투스 바카라자 (유충 표피-특이 적 로투스 바카라자)는 일반적으로 유충 기간 동안 억제되고 성인이 표피에서 작용하는 로투스 바카라자 (성인 상피-특이 적 로투스 바카라자)가 활성화된다 한편, 최종 유충에서Broad로투스 바카라자의 RNAI 영역에서 발현은 성인 표피 특이 적 로투스 바카라자를 유도합니다 (KR-H1로투스 바카라자의 RNAI 영역과 비교하여, 발현은 작고, 유충 표피 특이 적 로투스 바카라자들 사이에서 발현이 억제된다 (KR-H1발현에서 억제되는 로투스 바카라자의 수는 로투스 바카라자의 RNAI 영역에 비해 작다) 따라서,Broad로투스 바카라자 기능의 억제는 부분 로투스 바카라자 발현 패턴이 간음되었음을 밝혀냈다 (도 5)
그림 5 푸른 꼬리 잠자리에서KR-H1로투스 바카라자 및Broad로투스 바카라자 기능을 억제 할 때 로투스 바카라자 발현 패턴의 변화
처리되지 않은 유충 및 성인 표피에서의 로투스 바카라자 발현과 비교
Magenta는 발현 수준이 높은 로투스 바카라자를 나타내고 녹색은 발현 수준이 낮은 로투스 바카라자를 나타냅니다
잠자리 개발 과정에서KR-H1gene,e93gene,Broad로투스 바카라자의 역할은 유충 사이의 그림 6에 요약되어 있습니다KR-H1로투스 바카라자는 애벌레 특성을 유지하는 데 관여하며 성인이되는 데 사용됩니다e93로투스 바카라자의 중요성은 잠자리가 기본적으로 다른 곤충과 유사하지만,이 두 로투스 바카라자의 기능이 변할 때 마지막 인스타 유충의 시점에서Broad 로투스 바카라자가 애벌레와 성인 특성을 부분적으로 조절한다는 사실은 다른 곤충에서보고되지 않은 새로운 발견입니다
그림 6 잠자리 개발 중KR-H1gene,e93gene,Broad로투스 바카라자 역할 요약
다른 곤충에서KR-H1gene,e93gene,Broad세 가지 유형의 전사 인자 인 로투스 바카라자가 서로의 로투스 바카라자를 조절하는 것으로 알려져 있습니다 (그림 7) 잠자리에서 이들 로투스 바카라자의 조절 관계에 대한 자세한 분석 후KR-H1Gene ise93로투스 바카라자 억제,KR-H1로투스 바카라자의 RNAI 영역에서e93초기 발현으로 인해 로투스 바카라자가 성인이되는 것으로 확인되었습니다 또한, 번데기 기간이없는 잠자리의 경우, 그림 7Broad우리는 로투스 바카라자의 역할이 다른 곤충과 다르며 유충 특성에 관여하는 로투스 바카라자와 성인 특성에 관여하는 로투스 바카라자의 조절에 중요하다는 것을 밝혀 냈습니다 (그림 7)
그림 7 곤충의 진화 과정에서 세 가지 유형의 전사 인자 (KR-H1,Broad,e93)
진화 동안 변화된 로투스 바카라자 사이의 규제 관계가 빨간색으로 표시되는 부분
→ 표현을 유도하고 ⊣는 발현 억제를 나타냅니다
이번에는 약 4 억 년 전에 다른 곤충에서 분기 된 잠자리에서 유충에서 성인 잠자리까지의 변성에 필수적인 로투스 바카라자 그룹을 성공적으로 확인했습니다 우리는 또한 변태를 제어하는 데 중요한 세 가지 전사 인자가 다른 곤충과 잠자리의 조절 관계에서 다르다는 것을 발견했습니다 이것은 곤충 변성을 제어하고 완전히 변성 곤충에서 번데기의 특성을 정의하는 분자 메커니즘에 대한 새로운 발견입니다Broad로투스 바카라자 기능이 곤충 사이에서 어떻게 진화했는지 이해하는 데있어 주요 발견
곤충 변성에 관여하는 요인은 곤충 성장 조절제의 발달로 이어진다 따라서, 변성에 대한 분자 기초의 다양성을 설명하면 특정 곤충에 효과적인 살충제가 발생할 수있다 반면에,KR-H1gene,Broadgene,e93세 가지 유형의 전사 인자, 로투스 바카라자 및 각 로투스 바카라자가 곤충 사이에 보존되는 정도에 의해 조절되는 로투스 바카라자의 역할이 얼마나 구체적이지는 확실하지 않습니다 미래의 결과는이 연구에서 얻었습니다KR-H1,Broad,e93, 유충과 성인 형태를 생성하는 분자 메커니즘을 명확하게하기위한 추가 연구
게시 된 잡지 :미국 국립 과학 아카데미의 절차
종이 제목 : 가장 조상 날개 달린 단열재에서 변태의 기본 분자 메커니즘
저자 : Genta Okude, Minoru Moriyama, Ryouka Kawahara-Miki, Shunsuke Yajima, Takema Fukutsu, Ryo Futahashi