概要

アゲハチョウの幼虫は、若い時期には鳥のふんに似た姿をしていますが、成長すると緑色に変化し、周囲の葉に紛れることで外敵から身を守ります。しかし、近縁種の間でも緑色になる時期には違いがあり、ナガサキアゲハ（Papilio memnon）は、ほかのアゲハチョウよりも早い段階で緑色になります。このような発育段階による体色変化の違いが、どのような遺伝的仕組みによって生じるのかは、これまで十分に分かっていませんでした。

今回、先端生命科学専攻の藤原晴彦教授（現名誉教授）らのグループは、ナガサキアゲハの幼虫が早い時期から緑色になる仕組みに、色素形成に関わる遺伝子の発現時期の違いが関係していることを明らかにしました。研究グループは、緑色の形成に必要な青色と黄色の色素成分にそれぞれ関わる、ビリン結合タンパク質（BBP）と幼若ホルモン結合タンパク質（JHBP）の遺伝子群に着目しました。これらの遺伝子は、アゲハチョウの近縁種間で遺伝子の種類や並び方がよく保存されている一方、発現の仕方には大きな違いが見られました。特に、ナガサキアゲハでは、まだ黒っぽい体色をしているナミアゲハ（Papilio xuthus）の同じ発育段階と比べて、BBP遺伝子群と一部のJHBP遺伝子の発現が高くなっていました。さらに、RNA干渉法 (RNAi)を用いた機能解析により、両遺伝子群の特定の遺伝子が幼虫の緑色の形成に重要な役割を果たすことを確認しました。

これらの結果から、ナガサキアゲハが早い時期に緑色になる特徴は、新たな色素形成遺伝子の獲得ではなく、既存の遺伝子が働く時期の変化によって進化した可能性が示されました。本研究は、遺伝子の発現時期のわずかな変化が、近縁種間で見られる多様な体色や形態の進化につながることを示唆する成果です。

 
図　アゲハチョウにおける色素形成関連遺伝子の発現比較と機能解析
上段：ナガサキアゲハとナミアゲハの幼虫の体色、およびBBP・JHBP遺伝子クラスターの構造と発現量の比較。両種間で遺伝子構成や並び順はよく保存されている一方、発現量には顕著な違いが認められる。各遺伝子の発現量は4齢幼虫における比較結果に基づき、色の濃淡で模式的に示した。
下段：RNA干渉（RNAi）による色素形成関連遺伝子の機能解析。BBP1またはBBP2の発現を抑制した幼虫では、緑色部分が黄色に変化し、青色成分の減少が示された。一方、JHBP4815（CBP1）の発現抑制では、黄色成分が部分的に減少した。赤枠は拡大表示した領域を示す。

用語解説

[1] RNA干渉（RNAi）
特定の遺伝子に由来するRNAの分解などを誘導することで、その遺伝子の発現を抑制する現象。本研究では、標的遺伝子の発現を抑制し、幼虫の体色に及ぼす影響を調べるために用いた。
[2] 齢
昆虫の発育過程において、脱皮と次の脱皮の間に相当する段階。4齢幼虫、5齢幼虫などと表記する。
[3] 腹部体節（A3、A4、A5）
昆虫の幼虫の腹部を構成する体節を示す。A3、A4、A5は、それぞれ腹部第3節、第4節、第5節を指す。

論文情報

論文タイトル：Molecular mechanisms driving larval green color adaptation in swallowtail butterfly, Papilio memnon
著者：Liang Liu^† (現ヘルシンキ大), Shinya Komata^†, Kai Wu, Takehiko Itoh, Tetsuya Kojima, and Haruhiko Fujiwara
^† Liang Liu and Shinya Komata contributed equally to this work.
雑誌名：Journal: Genome Biology and Evolution
DOI： https://doi.org/10.1093/gbe/evag253