Soy Shinichi Morita, investigador postdoctoral en el laboratorio de Teruyuki Niimi en el Instituto Nacional de biología básica, Japón (Fig. 1A, B). Nuestros intereses de investigación se centran en las novedades evolutivas que los insectos han adquirido, y cómo diversas morfologías de insectos han surgido durante la evolución (Fig. 1C-P).

se cree que los cuernos de escarabajo son una novedad evolutiva y se utilizan como armas para combates intraespecíficos entre machos., Los cuernos del escarabajo muestran dimorfismo sexual en muchos escarabajos, y sus formas, números, tamaños y regiones de formación son muy divergentes incluso entre especies estrechamente relacionadas (Fig. 2). Elucidar cómo se adquirieron estos nuevos rasgos en las especies de escarabajos conducirá a una mejor comprensión de los mecanismos de diversificación morfológica durante la evolución. Mi proyecto postdoctoral es entender cómo se adquieren y forman cuernos exagerados en los escarabajos rinocerontes Japoneses (Trypoxylus dichotomus) (Fig. 2A, B).

primero, presentaré a T. dichotomus. En Japón, T., dichotomus es un insecto popular y familiar para niños y adultos, y se vende como mascota en grandes almacenes y tiendas de bricolaje durante el verano. El nombre Japonés de T. dichotomus es Kabuto-mushi, y también se utiliza como una de las palabras de la temporada de «Haiku» (Haiku es un poema Japonés corto tradicional con diecisiete sílabas en el patrón de 5-7-5, incluyendo una palabra de la temporada en él). T. dichotomus es un insecto holometaboloso que tiene etapas de huevo, larva, pupa y adulto. Su ciclo de vida es de unos 12 meses (Fig. 3). Los adultos emergen a principios del verano y ponen huevos en el suelo al final del verano., Las larvas eclosionan de los huevos en aproximadamente 2 semanas (Fig. 3, huevo) y se alimentan de humus. El período larvario es de aproximadamente 8 meses y pupan en la primavera siguiente (Fig. 3, larva del primer-tercer estadio). Al final del tercer (último) estadio, hacen cámara pupal (Fig. 3, Prepupa). Durante el período prepupal, los primordios del cuerno se forman en la cabeza y el tórax. Después de aproximadamente 2 semanas de período pupal (Fig. 3, Pupa), se convierten en adultos a principios del verano (Fig. 3, Adulto). T. dichotomus machos adultos tienen cuernos exagerados en la cabeza y protórax (Fig. 2A), mientras que las hembras no tienen estas estructuras (Fig. 2B)., El cuerno de la cabeza tiene la forma de un arado con un tallo largo, y se bifurca dos veces en la punta distal, mientras que el cuerno protorácico es más corto que el cuerno de la cabeza, y se bifurca una vez en la punta distal.

Aquí, comparto mis actividades diarias en el laboratorio. Como se mencionó anteriormente, dado que el ciclo de vida de T. dichotomus es de un año, nuestra vida diaria difiere dependiendo de la temporada. En abril, compramos alrededor de 3,000-4000 larvas del último estadio de T., dichotomus del proveedor de insectos (Fig. 4A). Con la ayuda de los miembros de nuestro laboratorio, se determina el sexo de estas larvas (Fig. 4B) y se envasan individualmente en una botella llena de esterillas de cría (Fig. 4C). Se conservan a 10 ° C hasta su uso (Fig. 4D). Por lo tanto, podemos utilizar T. dichotomus como material experimental en cualquier época del año.

el dimorfismo sexual de los cuernos aparece por primera vez en los primordios del cuerno durante la etapa prepupal (Fig.3, Prepupa)., Uno de mis principales objetivos de investigación es averiguar qué genes controlan la formación del cuerno, por lo que diseccionamos primordios de cuerno en machos y hembras en esta etapa y realizamos un análisis comparativo del transcriptoma por ARN-seq. Se realizó una comparación intersexual entre conjuntos de datos de transcriptomas primordiales de cuernos masculinos y femeninos, y se trató de identificar genes que impulsan el desarrollo de diferentes morfologías entre hombres y mujeres. Además, también comparamos los datos del transcriptoma entre diferentes tipos de cuernos (cabeza y cuernos protorácicos) intersexualmente en hombres y mujeres., Como resultado, identificamos 1.553 genes expresados diferencialmente (deg) en total. Para identificar los genes esenciales para la formación de bornes, nos enfocamos en los genes que codifican 38 factores de transcripción y 11 moléculas de señalización incluidas en los 1,553 DEGs, y realizamos el cribado de interferencia de ARN larval (Arni). En escarabajos como T. dichotomus, los experimentos larvales de Arni son extremadamente eficientes para analizar la función de los genes durante el desarrollo postembrionario., El ARN de doble cadena (10-50 µg) se inyectó lateralmente en el segmento T1 de cada larva del último estadio antes de la etapa prepupal utilizando una jeringa de 1 ml con una aguja de calibre 30. Como resultado, 11 genes fueron recientemente identificados como genes de formación de cuerno (Fig. 5A-E). Curiosamente, estos 11 genes se clasifican en su mayoría como genes con patrones de cabeza y apéndice larvarios.

perspectiva futura de los estudios de cuerno de escarabajo

Además de los 11 genes anteriores, hemos identificado una serie de otros genes de formación de cuerno, pero la red reguladora de genes para la formación de cuerno todavía se desconoce., Hasta ahora, hemos establecido varios recursos y herramientas necesarias para la investigación del cuerno del escarabajo (estadificación precisa de la formación del cuerno del escarabajo, Arni larval, hibridación in situ de montura completa, inmunotinción, etc.).). Por lo tanto, se ha hecho posible analizar la red reguladora del gen de formación del cuerno a través de enfoques biológicos de desarrollo. Además, vamos a probar si los nuevos elementos cis-regulatorios juegan un papel crucial en las adquisiciones de cuernos durante la evolución., Con este fin, estamos planeando realizar ATAC-SEQ (Assay for Transposase-Accessible Chromatin sequencing), una técnica para evaluar la accesibilidad a la cromatina en todo el genoma, como un proyecto para estimar los elementos cis-regulatorios involucrados en la formación y adquisición de cuernos. A través de los enfoques anteriores, creemos que una parte de los mecanismos evolutivos asociados con la adquisición de la diversidad animal se desentrañará a nivel molecular.

si desea más información sobre escarabajos rinocerontes y preguntas evo-devo en escarabajos escarabajo, por favor póngase en contacto conmigo ([email protected].,jp) o Teruyuki Niimi ([email protected]).

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