東京大学 農学生命科学研究科 研究成果
レトロポゾンの挿入により不活化したと考えられていた性フェロモン生合成酵素遺伝子が現生種で機能していることを発見
- 発表者
- 藤井 毅 （東京大学大学院農学生命科学研究科 生産・環境生物学専攻 特任研究員）
伊藤 克彦 （東京大学大学院農学生命科学研究科 生産・環境生物学専攻 特任研究員；当時）
立柗 光子 （東京大学大学院農学生命科学研究科 生産・環境生物学専攻 修士課程2年；当時）
嶋田 透 （東京大学大学院農学生命科学研究科 生産・環境生物学専攻 教授）
勝間 進 （東京大学大学院農学生命科学研究科 生産・環境生物学専攻 准教授）
石川 幸男 （東京大学大学院農学生命科学研究科 生産・環境生物学専攻 教授）
発表概要
蛾のメスは性フェロモン（注1）を放出して同種のオスを誘引します。この性フェロモンは種ごとにその成分やブレンドが異なり、別種のオスが間違って誘引されないようになっています。性フェロモンの生産には多くの酵素が関与していますが、その一つに、フェロモンの原料である脂肪酸誘導体に２重結合を導入する不飽和化酵素があります。私たちは、アワノメイガ類の中で最も原始的と考えられている種（ウスジロキノメイガ）が持つ不飽和化酵素の遺伝子を調べました。その結果、この遺伝子は、近縁種において「レトロポゾン（注2）の挿入により不活化した」と考えられている遺伝子にとてもよく似ていることを発見しました。この遺伝子がコードする酵素の働きを調べたところ、生成される２重結合の幾何異性体（注3）比が近縁種の不飽和化酵素のそれと大きく異なることがわかりました。本研究の成果は、蛾類の性フェロモンの多様性はどのようにしてもたらされたのか？という大きな疑問に一つの光を当てるものです。本研究は、生産・環境生物学専攻の昆虫を扱う２研究室の共同研究による成果です。
発表内容
図）アワノメイガ類の中でも原始的なウスジロキノメイガの性フェロモン生合成に関わる不飽和化酵素遺伝子latpg1は、近縁種ではレトロポゾンeziの挿入により不活化されたと考えられている遺伝子と同じ系統に属していた。
蛾類の性フェロモンは、メスの腹部末端に位置するフェロモン腺で生合成されます。フェロモン腺では、多数の酵素が協調的に働くことにより、複数のフェロモン成分が種に特有の比率で生合成されます。私たちは、蛾類における性フェロモン交信系の多様性に興味をもち、トウモロコシの害虫であるアワノメイガとその近縁種（以後、アワノメイガ類）の性フェロモンを詳しく調べてきました。その結果、アワノメイガ類のほとんどの種が11位に2重結合をもつC14不飽和アルコールの酢酸エステル（Δ11-テトラデセニルアセテート）の2種類の幾何異性体［シス体（Z体）とトランス体（E体）］を性フェロモン成分として利用しているのに対し、アワノメイガ類の中で最も原始的と考えられるウスジロキノメイガの性フェロモンはエステルではなくアルコールであること、しかもトランス体のみを利用していることが分かってきました。性フェロモンの生産に関与する酵素のうち、フェロモン分子に２重結合を導入する働きをするのが不飽和化酵素です。私たちは、ウスジロキノメイガでは近縁種と異なりトランス体のフェロモンだけが生産されていることに注目し、本種のフェロモン腺で特異的に発現している不飽和化酵素遺伝子のクローニングを試みました。クローニングした新規遺伝子（latpg1）がコードするタンパク質のアミノ酸配列は、近縁種で既にみつかっていた「レトロポゾンの挿入にもかかわらずタンパク質のコード領域が長期間保存されている不思議な遺伝子ezi-Δ11」のそれにとてもよく似ていることが分かりました。さらに、LATPG1タンパク質をバキュロウイルス系を用いて昆虫細胞で発現させその働きを調べたところ、フェロモンの原料であるミリスチン酸の11位にトランス体の二重結合を特異的に導入する活性を有することが明らかとなりました。このことは、古いタイプと推定される不飽和化酵素LATPG1がウスジロキノメイガという原始的な種では悠久の時を越えて使い続けられてきたのに対し、近縁種のほとんどでは不活化し機能していないこと、近縁種では突然変異により性質が変化した新しいタイプの不飽和化酵素が使われるようになったことを示唆しています（図）。本研究の成果は、蛾類における性フェロモンの多様性がどのようにもたらされたかという大きな疑問に一つのヒントを与えるものであり、今後の研究の進展に注目が集まっています。
この研究は、科学研究費補助金 No.19208005（石川）、No.19688004（勝間）、No.22128004（嶋田）を受けて行われました。
発表雑誌
和名： 米国科学アカデミー紀要
英名： Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America (PNAS)
著者： Takeshi Fujii, Katsuhiko Ito, Mitsuko Tatematsu, Toru Shimada, Susumu Katsuma, and Yukio Ishikawa
論文題目： Sex pheromone desaturase functioning in a primitive Ostrinia moth is cryptically conserved in congeners'genomes.
問い合わせ先
東京大学大学院農学生命科学研究科
生産・環境生物学専攻 応用昆虫学研究室
教授 石川 幸男
Tel: 03-5841-1851
Fax: 03-5841-5061
E-mail: ayucky@ss.ab.a.u-tokyo.ac.jp
用語解説
(注１) 性フェロモン：
蛾類の性フェロモンは、ほとんどの場合、複数の化合物（成分）から構成されています。性フェロモン成分の多くは脂肪酸の誘導体ですが、炭素鎖骨格の長さ、二重結合の位置と幾何異性、官能基の種類が重要な識別情報を与えるほか、構成成分の混合比が同種であることの認識にとって重要です。
(注２) レトロポゾン：
ゲノム上に存在する転移能を持つ可動性DNA配列。ゲノム上の転移先によっては遺伝子が不活化（破壊）され突然変異の原因となる。
(注３) 幾何異性体：
分子式は同じであるが、二重結合の結合様式が違う化合物。シス体（Z体）とトランス体（E体）がある。