2025.08.04
利用电穿孔法(电穿孔法)成功确立了独角仙的基因功能分析方法自然科学研究机构基础生物学研究所
京都大学
基础生物学研究所和京都大学的共同研究小组研究了独角仙Trypoxylus dichotomus成功确立了使用电穿孔法(电穿孔法)的基因功能分析方法。 基础生物学研究所的新美研究室正在进行研究，以明确独角仙在进化过程中将角作为新畸形质获得的过程，并独自进行了必要的研究方法的开发。 到目前为止，独角仙的基因组解读、RNA干涉法成功抑制了基因功能。 此次，由于利用电穿孔技术在目标部分区域实现了基因功能分析的方法，使得在特定身体部位增强或减弱基因作用的分析成为可能，独角仙的角的进化和形成机制的阐明值得期待。 本研究以基础生物学研究所进化发生研究部门的左仓和喜研究员、森田慎一助教和新美辉幸教授等小组为中心，由京都大学的安藤俊哉特定副教授、基础生物学研究所的重信秀治教授组成的共同研究小组实施。 本研究成果为scientific报告已于2025年7月17日刊登。
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图:通过电穿孔成功向独角仙幼虫导入绿色荧光蛋白( GFP )表达用质粒DNA。 在导入部可以观察到GFP的绿色荧光。
【详细的研究内容】
在迄今为止的独角仙角的相关研究中，为了调查与角的形成相关的基因的功能，使用了减弱特定基因作用的“RNA干扰( RNAi )”方法。 通过进行RNAi，调查角的形成过程中会发生什么样的变化，可以推测其基因的功能。 但是，这种方法在全身的细胞中RNAi的效果起作用，所以如果减弱生存所必须的基因的作用就会致死，与角的形成相关的基因的功能分析很困难。 另外，没有加强基因作用进行分析的方法也限制了研究。
为了解决这些课题，本研究开发了利用电穿孔技术在目标部分区域进行基因功能分析的方法。 电穿孔是指通过通入短脉冲的电流，在细胞膜上暂时开孔，将DNA和RNA等高分子物质导入细胞内的技术。 该技术通过提高细胞膜的透过性，可以将通常无法通过细胞膜的物质导入细胞内，因此可以将外来基因导入细胞内，分析基因的功能。 利用电穿孔的基因功能分析方法的优点是，由于只影响受到电刺激的细胞，所以可以在特定的身体部位分析基因的功能。 此外，可以分析增强和减弱基因的作用，即使是1代时间较长的独角仙也可以在短时间内分析基因的功能，因此可以一举解决以往的课题。
首先，研究小组研究了在独角仙中作为激活基因开关的DNA区域(启动子注1)作为actin A3着眼于基因的启动子。 利用该启动子制备表达绿色荧光蛋白( GFP )的DNA，导入电穿孔细胞后，1天后在目标组织的细胞中检测到了GFP的荧光。 并且，调查了制作的DNA被细胞吸收的效率，明确了这个方法对1龄幼虫和体重不足1.57g的2龄初期的幼虫是有效的。
其次是电穿孔和转基因载体piggyBac系统注2建立了组合在幼虫体内细胞中进行转基因的方法。piggyBac通过将外源基因稳定地整合到身体细胞的基因组中，在很长一段时间内成功表达了GFP。
最后，独角仙actin A3确认了启动子是否在其他昆虫中也起作用。 与独角仙亲近的，属于甲虫目的双斑瓢Harmonia axyridis的幼虫和属于远亲的鳞翅目的蚕Bombyx mori的幼虫中，进行电穿孔法时，两种都观察到了GFP的荧光。 这个结果是独角仙的actin A3表明启动子在广泛的昆虫种类中对外来基因的活化有效。
通过本研究，可以进行在特定身体部位增强或减弱基因作用的分析，期待着独角仙角的形成和进化机制的进一步阐明。
注1 )启动子:作为激活基因开关的DNA区域
注2 )piggyBac系统:请参阅piggyBac使用名为“( DNA )”的DNA运输者(转座子)，将目标DNA整合到细胞中的基因组(遗传信息)中的技术。 一旦嵌入的DNA，即使细胞分裂也能稳定地继承。
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图1 .独角仙Trypoxylus dichotomus的成虫和幼虫
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图2 .根据电穿孔GFP表达的DNA的导入
将制作的DNA注入幼虫右侧前胸(黄色箭头)，进行电穿孔处理。 在电穿孔的右侧可以观察到绿色荧光蛋白( GFP )的荧光。 在没有进行电穿孔的左侧没有观察到GFP的荧光。
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图3 .独角仙actin A3启动子在其他昆虫物种中的适用性
与独角仙亲近的，属于甲虫目的双斑瓢Harmonia axyridis的幼虫和属于远亲的鳞翅目的蚕Bombyx mori的幼虫进行电穿孔，结果两种均观察到GFP的荧光，独角仙的actin A3启动子在广泛的昆虫种类中确认了对外来基因的活化有效。
【发表杂志】
杂志名称: Scientific Reports
论文标题:电子教学功能分析方法Trypoxylus dichotomus
作者: Kazuki Sakura，Shinichi Morita，Toshiya Ando，Karen Yuzaki，Shuji Shigenobu & Teruyuki Niimi
DOI :https://doi.org/10.1038/s 41598-025-10780-x
【研究小组】
以基础生物学研究所进化发生研究部门的左仓和喜研究员、森田慎一助教、汤崎加梨特别共同利用研究员和新美辉幸教授的小组为中心，由京都大学特定副教授安藤俊哉、基础生物学研究所特任教授重信秀治组成的共同研究小组实施。
【研究支持】
本研究在科研经费资助事业( 16h 01452、18h 04766、20h 04933、20h 05944、19k 16181、21k 15135、17k 19275 )以及基础生物学研究所共同利用研究( 23NIBB402 )等的支持下进行
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