1.アゲハチョウと食草

地球上で最も多様化した生物は昆虫であり、その過半数が植食性である。昆虫の中で比較的新しいグループとされる鱗翅目の幼虫は大部分が植食性で、多くは特定の植物の葉しか食べない。アゲハチョウの仲間も、狭い範囲の植物しか食べず、しかもふ化直後の幼虫は体が小さくて移動能力が低いので、メス成虫が正確に植物種を識別して産卵しなければ、次世代は育たない。まずこの仕組みを知りたい。しかもその仕組みが変化して、食性が変わると、そこから種分化が起きるのではないかという問いをたて研究を始めた。

2.味覚受容体遺伝子を追いかけて

3.チョウのRNAiに挑戦する

次に、RNAi法を用いて7TMP遺伝子の発現を阻害したチョウの前脚を用い、電気生理学的解析を行った。感覚子にある神経細胞（ニューロン）が認識する化合物で感覚子を刺激すると、中枢系へ送られる電圧が変化（神経発火）するという事実を利用した。シネフリン受容体であるナミアゲハ7TMPの発現をRNAiで抑制すれば、シネフリンによる刺激で観察される神経発火が減少するはずである。実際にRNAi処理を施したアゲハチョウ（RNAiチョウ）の前脚では、シネフリンによる刺激に対してだけ神経細胞の応答が有意に減少し、スタキドリンやカイロイノシトールといった別の化合物での刺激に対しては、応答は減少しなかった（図6）。

4.味覚受容体がチョウの産卵行動を変化させる

次に、RNAiチョウを用いて自由飛翔による産卵実験を行った。チョウが飛び回るのに十分な広さがある約50センチ四方の容器の中にアゲハチョウを放し、プラスチック製の人工葉を提示、チョウが自ら人工葉に接近・ドラミングし、産卵するか否かを観察するという気の長い実験である。ミカンの葉から抽出した化合物や、10種類ある産卵刺激物質のうち水に溶けやすい5種類を混ぜて人工葉に塗布した場合、生の葉を触らせた場合と同等の高い産卵活性を示す。水溶性の産卵刺激物質のうち、シネフリンとカイロイノシトールの2種類だけを混ぜた場合にも、生の葉の約70%の産卵活性が見られる。しかし、どの産卵刺激物質も、単独では全く産卵活性がない。そこで、RNAiによってシネフリン受容体であるナミアゲハ7TMPの発現を抑制したチョウは、シネフリンを認識できないのだから、シネフリンとカイロイノシトールの混合溶液に触らせても、カイロイノシトールのみでの産卵実験と同じように活性なしとなるはずと考えた。

実際に、容器内で自由に飛翔するRNAiチョウにシネフリンとカイロイノシトールの混合液を付着させた人工葉を提示したところ、飛翔行動とドラミング行動は、通常のチョウと全く変わらないのに産卵活性が有意に低下した。この結果をまとめた表を文末に示すので、ご参照いただきたい。通常、卵を産む場合には、ドラミングの直後に迷うことなく腹部を曲げて卵を産み付け（動画1）、産まない場合はあっさりと飛び去ってしまう。水や単独の産卵刺激物質溶液を塗布した人工葉など産卵刺激がない場合、ドラミングの直後にさっと飛び去る。チョウはドラミングによって瞬時に卵を産むか否かを判断するのである。それに対し、シネフリンとカイロイノシトールの混合溶液に触れたRNAiチョウは、普通のチョウとは比べものにならないくらい長時間ドラミングを繰り返し、さんざん悩んだあげく卵を産まずに飛び去ってしまう（動画2）。手前味噌だが、この動画は研究者の目で見ての傑作である。RNAiによる遺伝子の発現阻害では、ノックアウトと違って発現量を0にすることはできないので、RNAiチョウもほんの少しだけシネフリンの味を感じることができているのではないだろうか。しかし産卵活性を引き起こす閾値には達しない程度の刺激であるため、悩んだ末に産まないという判断をしているのではないかと思われる。この様な"迷い"は、RNAiという実験手法だからこそ観察できた行動であろう。

以上見てきたとおり、私たちが発見した受容体遺伝子は、産卵刺激物質の一つであるシネフリンを特異的に認識し、産卵行動の誘発に関与することで、アゲハチョウの食草認識において重要な役割を担っていることがわかった。

私たちは、チョウの仲間が食草を転換することを出発点として棲み分けが起こり、種分化につながったのではないか、という仮説の証明を目指している。今後、複数種のアゲハチョウから産卵刺激物質の認識に関わる遺伝子を複数見つけ、その変化を比較することで、食草を通してのアゲハチョウの進化を見て、できることならそれを進化一般の理解につなげていきたいと考えている。