カミキリムシのオレンジ色の翅とDNA。 ゲノムから見えてくる昆虫の食生活

ウォーリック大学生命科学部を含む国際共同研究チームは、カミキリムシのゲノムを解読し、そのカラフルな発生から毒性のある食事まで、この虫の特徴を分子レベルで理解することに成功しました。 樹液を吸うアブラムシ、血を吸うトコジラミ、そしてカミキリムシ（Oncopeltus fasciatus）のような種子食性のものが含まれます。 しかし、種の生態を支える遺伝子やタンパク質を理解するための重要なDNA資源であるゲノムの配列が決定されている半翅目は、今のところほとんどありません。

i5Kプロジェクトは昆虫の生物多様性と半翅目に対する大きな後押しになりました。 この大規模な国際コンソーシアムでは、昆虫とその近縁種の5000のゲノムの配列決定を目指している。 この枠組みの中で、10カ国27チームに所属する83人の研究者により、カメムシゲノムの配列決定と解析が行われた。 彼らは、半翅目についての大規模な比較結果を、Genome Biology誌に発表しました。

「カミキリムシは研究するのに最適な種です」と、主任研究者で種のコーディネーターを務める、イギリスのウォリック大学およびドイツのケルン大学のKristen Panfilioは説明しています。 「20世紀半ばから、生態学、代謝、発生、遺伝学の研究モデルとして利用されてきました。 実際、私たちがゲノムプロジェクトのために配列決定した株は、この虫がそのライフサイクルを通じて美しい赤オレンジと黒の色をしていることから、学校の教室でも使われています」

現在、ゲノムデータによって、研究者は遺伝子を食事と、ひいては虫の翼や体の色と直接結びつけることができるようになっています。

重要な成果の1つは、カミキリムシの代謝に関わるすべての酵素のデータベースを作成し、種間の比較をサポートしたことです。

カミキリムシの印象的な赤オレンジ色は、実は、潜在的捕食者に対する警告サインなのです。 これは、同じ食草であるオオカバマダラに見られる色調と同じである。 しかし、現在、代謝の比較により、虫と蝶は同じ餌を食べるにもかかわらず、必須アミノ酸（タンパク質の構成要素）を処理する酵素が異なることが明らかになっています。

これらのアミノ酸の一部は、虫が羽を作るために必要です。 翅は、色だけでなく正確な構造のために発達した結果です。

新しいゲノム情報により、研究者はRNA干渉（RNAi）として知られる技術を使用して、翅の発達に重要な制御遺伝子の微妙な変異体（アイソフォーム）を実験的にテストすることが可能になりました。

「15年以上にわたって翅の発生を研究してきた私たちにとって、この非常に複雑な遺伝子のいくつかを完全に分析できるゲノムへのアクセスが可能になったことは、非常に喜ばしいことです」と、共著者のデニズ・エレジルマズ氏は詳しく述べています。

また、今回の研究では、アブラムシやトコジラミのように非常に特殊な液体食をする種は、特定の代謝酵素だけでなく、嗅覚や味覚の受容体の幅さえも失う傾向があることがわかりました。

新しい遺伝子の中には、侵入性害虫であるカメムシを含め、これらの植物摂食者が植物組織の丈夫なセルロースを消化するのを助ける酵素を提供するものもあります。 どの遺伝子が侵入種の食餌を支えているかを知ることは、研究者が総合的な害虫管理の戦略を開発するのに役立ちます。

最後に、この研究は虫のゲノムにおける分子的特徴を強調しています。 ミバエやハチのゲノムは非常に小さくコンパクトですが、虫のゲノムは5倍以上大きいことがよくあります。 そのため、虫とハエの遺伝子数は同じでも、その構造は異なっており、虫の遺伝子はDNAに沿って広く配置されています。 本研究で明らかになった特徴の1つは、虫の遺伝子は、ハエの遺伝子よりも多くの小さな単位でできている傾向があることです。これは、エピソード性イントロンの獲得とターンオーバーと呼ばれる現象によるものです。

共著者のスイス、ローザンヌ大学のロバート・ウォーターハウスは、「ゲノム配列決定プロジェクトが昆虫や動物の多様性に踏み込んでいくにつれ、大規模ゲノムにおける遺伝子特性に関する知識がますます重要になるでしょう」と説明しています。7080>

i5K pilot coordinatorのStephen Richards氏は、「多くの昆虫種は農業の害虫であったり、病気を媒介したりしており、ゲノム配列の解読は科学者がこれに対処する方法を見つけ出すのに役立ちます」とコメントしています。 しかし、ゲノムのDNA配列だけでは十分ではありません。 パンフィリオ博士と国際的なカミキリムシのコミュニティが、すでに虫に関する研究を加速させているこの素晴らしい成果を祝福します」と述べています。 カメムシのような他の種とカメムシを比較することは、それぞれの種のユニークな価値を理解するために重要です」

研究者は、摂食生態に重要な遺伝子や虫の生物学的特徴を関連付ける研究を続けます。 これには、赤い警告色素の分子基盤や、化学的保護や発達に関与する虫特有のタンパク質が含まれます。