淡水性甲殻類ミジンコの光周期依存性性決定機構を解明する

Methyl farnesoate regulatory mechanisms underlying photoperiod-dependent sex determination in the freshwater crustacean Daphnia magna.

• Kenji Toyota
• Tomomi Sato
• Taisen Iguchi
• Tsuyoshi Ohira

抄録

淡水動物プランクトンであるミジンコは、生態毒性研究に広く利用されている。この20年ほどの間に、幼若ホルモン（JH）やJHアナログを母ミジンコに外用することで、雄の子孫生産が誘導されることが実証されてきました。この知見に基づき、JHアゴニスティック効果を有する化学物質のin vivoスクリーニングバリデーション法が開発されました。このスクリーニングシステムでは、多くのJH類似物質を同定することに成功しましたが、雄の性決定過程の分子機構については、まだほとんど解明されていません。この問題を解決するために、我々はミジンコプレックス WTN6 系統を用いて、飼育光周期を変化させることで、信頼性の高い雄性・雌性生産系を確立した。この飼育システムを利用して、イオントロピックグルタミン酸受容体、プロテインキナーゼC、パントテン酸などの雄性決定に関与するいくつかの因子を発見することに成功した。ここでは、光周期の違いによっても雌雄の産生を制御できる2つのD. magna株を生態毒性研究のモデル種として用いた。その結果，イオントロピックグルタミン酸受容体拮抗剤またはプロテインキナーゼC阻害剤のいずれかを投与すると，雄性産生条件下でも雄性子孫の産生が強く抑制されることが明らかになった。さらに、今回の実験結果から、雄性の性決定プロセスは、D. magnaとD. pulexの間で分岐している可能性が高いことが明らかになった。本研究は、JHアゴニストだけでなく、JHアンタゴニストのin vivoスクリーニングのための優れた実験手法を提供します。また、光周期に依存した性決定を行うミジンコを用いることで、ミジンコにおける JH の作用機序の理解に大きく貢献すると考えられます。

Freshwater zooplankton Daphnia magna has been widely used in ecotoxicology studies. During the last 20 years, it has been demonstrated that the topical application of juvenile hormone (JH) or JH analogs to mother daphnids induce male offspring production. Based on this finding, an in vivo screening validation method for chemicals with JH agonistic effect has developed. Although this screening system successfully identified a number of JH-like chemicals, molecular mechanisms underlying the male sex-determining process remain largely unknown. To address this issue, we established a reliable male- or female-producing system using Daphnia pulex WTN6 strain by changing the rearing photoperiod. Taking advantage of this rearing system, we successfully found several factors involving male sex determination such as ionotropic glutamate receptors, protein kinase C and pantothenate. Here, we used two D. magna strains that can also control the production of female or male offspring by photoperiod differences as model species for ecotoxicology studies. We demonstrated that either treatment of antagonist of ionotropic glutamate receptors or inhibitor of protein kinase C strongly suppressed male offspring production even under male-producing conditions. Moreover, we revealed that male sex-determining processes are likely diverged between D. magna and D. pulex based on the current experiment. This study provides a fine experimental method for in vivo screening not only JH agonists but also JH antagonists. Moreover, using daphnids with photoperiod-dependent sex determination manner will hugely contribute to understanding the mode-of-action of JH in daphnids.

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