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飼育・育種により選択されたβ-1, 4-N-アセチルグルコサミニダーゼ1遺伝子は、Bombyx moriの繭構築に関与している
The beta-1, 4-N-acetylglucosaminidase 1 gene, selected by domestication and breeding, is involved in cocoon construction of Bombyx mori.
PMID: 32667927 DOI: 10.1371/journal.pgen.1008907.
抄録
ホロメタボ性昆虫は幼虫、蛹、成虫の3つの段階に分かれています。蛹期は一般的に動かず、捕食を受ける可能性がありますが、繭は多くの昆虫種に蛹の保護を提供しています。繭は成虫への蛹の変態が起こるスペースを提供します。また、天候、捕食者や寄生虫からサナギを保護します。絹タンパク質は、繭の構造に使われる絹の前駆体です。私たちは、カイコをモデル種として、シルクタンパク質合成と繭の構築に影響を与える遺伝子を同定しました。その結果、β-1,4-N-アセチルグルコサミニダーゼ1（BmGlcNase1）が繭の主成分であるセリシンの合成に関与していることを定量的遺伝子解析により明らかにした。BmGlcNase1の発現パターンは、絹腺の発達と繭殻重量（CSW）の変化と関連しており、CSWは絹タンパク質の合成能力の指標である。その結果、BmGlcNase1の発現がアップレギュレーションされるとセリシン含量が13.9％と22.5％増加し、ダウンレギュレーションされるとセリシン含量が41.2％と27.3％減少することが明らかになった。ゲノム配列解析の結果、BmGlcNase1転写開始部位（TSS）より上流の配列変異がBmGlcNase1とCSWの発現に関連していることが明らかになった。選択圧解析の結果、繭のある昆虫とない昆虫ではGlcNase1が異なる選択性を示した（ω1＝0.044 vs ω2＝0.154）。このことは、この遺伝子が昆虫の繭化過程において保存された機能を持っていることを示している。BmGlcNase1はセリシン合成とカイコの繭化に関与しているようです。
Holometabolous insects have distinct larval, pupal, and adult stages. The pupal stage is typically immobile and can be subject to predation, but cocoon offers pupal protection for many insect species. The cocoon provides a space in which the pupa to adult metamorphosis occurs. It also protects the pupa from weather, predators and parasitoids. Silk protein is a precursor of the silk used in cocoon construction. We used the silkworm as a model species to identify genes affecting silk protein synthesis and cocoon construction. We used quantitative genetic analysis to demonstrate that β-1,4-N-acetylglucosaminidase 1 (BmGlcNase1) is associated with synthesis of sericin, the main composite of cocoon. BmGlcNase1 has an expression pattern coupled with silk gland development and cocoon shell weight (CSW) variation, and CSW is an index of the ability to synthesize silk protein. Up-regulated expression of BmGlcNase1 increased sericin content by 13.9% and 22.5% while down-regulation reduced sericin content by 41.2% and 27.3% in the cocoons of females and males, respectively. Genomic sequencing revealed that sequence variation upstream of the BmGlcNase1 transcriptional start site (TSS) is associated with the expression of BmGlcNase1 and CSW. Selective pressure analysis showed that GlcNase1 was differentially selected in insects with and without cocoons (ω1 = 0.044 vs. ω2 = 0.154). This indicates that this gene has a conserved function in the cocooning process of insects. BmGlcNase1 appears to be involved in sericin synthesis and silkworm cocooning.