Sono Shinichi Morita, un ricercatore post-dottorato nel laboratorio di Teruyuki Niimi presso l’Istituto Nazionale di biologia di base, Giappone (Fig. 1 BIS, lettera B). I nostri interessi di ricerca si concentrano sulle novità evolutive che gli insetti hanno acquisito e su come sono sorte varie morfologie di insetti durante l’evoluzione (Fig. 1C-P).

Si pensa che le corna degli scarabei siano una novità evolutiva e siano usate come armi per combattimenti intraspecifici tra maschi., Le corna di scarabeo mostrano dimorfismo sessuale in molti scarabei, e le loro forme, numeri, dimensioni e regioni di formazione sono altamente divergenti anche tra specie strettamente correlate (Fig. 2). Chiarire come questi nuovi tratti sono stati acquisiti nelle specie di scarabei porterà a una migliore comprensione dei meccanismi di diversificazione morfologica durante l’evoluzione. Il mio progetto postdoc è quello di capire come le corna esagerate vengono acquisite e formate nei coleotteri rinoceronti giapponesi (Trypoxylus dichotomus) (Fig. 2 BIS, lettera B).

Per prima cosa, introdurrò T. dichotomus. In Giappone, T., dichotomus è un insetto popolare e familiare a bambini e adulti, e viene venduto come animale domestico nei grandi magazzini e nei negozi di bricolage durante l’estate. Il nome giapponese per T. dichotomus è Kabuto-mushi, ed è anche usato come una delle parole stagionali di “Haiku” (Haiku è un poema tradizionale giapponese breve con diciassette sillabe nel modello di 5-7-5, inclusa una parola di stagione in esso). T. dichotomus è un insetto olometabolico che ha stadi di uovo, larvale, pupa e adulto. Il suo ciclo di vita è di circa 12 mesi (Fig. 3). Gli adulti emergono all’inizio dell’estate e depongono le uova nel terreno alla fine dell’estate., Le larve si schiudono dalle uova in circa 2 settimane (Fig. 3, Uovo) e si nutrono di humus. Il periodo larvale è di circa 8 mesi e si impupano nella primavera successiva (Fig. 3, Primo-Terzo larva instar). Alla fine del terzo (ultimo) instar, fanno camera pupale (Fig. 3, Prepupa). Durante il periodo prepupale, le primordie del corno si formano nella testa e nel torace. Dopo circa 2 settimane di periodo pupale (Fig. 3, Pupa), diventano adulti all’inizio dell’estate (Fig. 3, Adulto). Gli adulti maschi di T. dichotomus hanno corna esagerate sulla testa e sul protorace (Fig. 2A), mentre le femmine non hanno queste strutture (Fig. 2 TER)., Il corno della testa ha la forma di un aratro con un lungo gambo, e biforcato due volte alla punta distale, mentre il corno protoracico è più corto del corno della testa e biforcato una volta alla punta distale.

Qui, condivido le mie attività quotidiane in laboratorio. Come accennato in precedenza, poiché il ciclo di vita di T. dichotomus è di un anno, la nostra vita quotidiana varia a seconda della stagione. Nel mese di aprile, acquistiamo circa 3.000 – 4000 ultime larve instar di T., dichotomus dal fornitore dell’insetto (Fig. 4 BIS). Con l’aiuto dei nostri membri del laboratorio, viene determinato il sesso di queste larve (Fig. 4B) e sono confezionati singolarmente in una bottiglia piena di stuoie di allevamento (Fig. 4 QUATER). Sono conservati a 10 ° C fino all’uso (Fig. 4D). Pertanto, possiamo usare T. dichotomus come materiale sperimentale in ogni stagione.

Il dimorfismo sessuale delle corna appare per la prima volta nella primordia del corno durante lo stadio prepupale (Fig.3, Prepupa)., Uno dei miei principali obiettivi di ricerca è scoprire quali geni controllano la formazione del corno, quindi abbiamo sezionato le primordie del corno nei maschi e nelle femmine in questa fase ed eseguito un’analisi comparativa del trascrittoma mediante RNA-seq. Abbiamo eseguito un confronto intersessuale tra set di dati del trascrittoma primordiale del corno maschile e femminile e abbiamo cercato di identificare i geni che guidano lo sviluppo di diverse morfologie tra maschio e femmina. Inoltre, abbiamo anche confrontato i dati del trascrittoma tra diversi tipi di corno (testa e corna protoraciche) intersessualmente nei maschi e nelle femmine., Di conseguenza, abbiamo identificato 1.553 geni espressi in modo differenziale (DEGs) in totale. Per identificare i geni essenziali per la formazione del corno, ci siamo concentrati sui geni che codificano 38 fattori di trascrizione e 11 molecole di segnalazione incluse nei 1.553 DEG e abbiamo eseguito lo screening dell’interferenza dell’RNA larvale (RNAi). In coleotteri tra cui T. dichotomus, esperimenti larvali RNAi è estremamente efficiente per analizzare la funzione dei geni durante lo sviluppo postembrionale., L’RNA a doppio filamento (10-50 µg) è stato iniettato lateralmente nel segmento T1 di ciascuna larva instar prima dello stadio prepupale utilizzando una siringa da 1 ml con un ago calibro 30. Di conseguenza, 11 geni sono stati recentemente identificati come geni di formazione del corno (Fig. 5 BIS-E). È interessante notare che, questi 11 geni sono per lo più classificati come geni larvali testa – e appendice-patterning.

Prospettiva futura degli studi del corno del coleottero

Oltre ai suddetti 11 geni, abbiamo identificato una serie di altri geni di formazione del corno, ma la rete di regolazione del gene per la formazione del corno è ancora sconosciuta., Finora, abbiamo istituito varie risorse e strumenti necessari per la ricerca del corno del coleottero (messa in scena precisa della formazione del corno del coleottero, RNAi larvale, ibridazione del monte intero in situ, immunotaining ecc.). Pertanto, è diventato possibile analizzare la rete di regolazione genica della formazione del corno attraverso approcci biologici di sviluppo. Inoltre, ci accingiamo a verificare se i nuovi elementi di regolamentazione cis svolgono un ruolo cruciale nelle acquisizioni di corni durante l’evoluzione., A tal fine, stiamo progettando di eseguire ATAC-seq (Assay for Transposase-Accessible Chromatin sequencing), una tecnica per valutare l’accessibilità della cromatina a livello genomico, come progetto per stimare gli elementi cis-regolatori coinvolti nella formazione e nell’acquisizione del corno. Attraverso gli approcci di cui sopra, crediamo che una parte dei meccanismi evolutivi associati all’acquisizione della diversità animale sarà svelata a livello molecolare.

Se volete ulteriori informazioni su rhinoceros coleotteri e evo-devo domande in Scarab coleotteri, si prega di mettersi in contatto con me ([email protected].,jp) o Teruyuki Niimi ([email protected]).

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