昆虫害虫におけるシスジェニック性別選別系統の作製

なぜ小さな昆虫の選別が重要なのか

毎年、果実を食べるハエは作物に被害を与え、食料の価格を押し上げます。これらの害虫を制御する最も成功している環境負荷の小さい方法の一つは、大量の不妊オスを放飼して野生のオスと競合させ、個体数を徐々に減らすことです。しかし効率的に行うには、工場で何百万という単位のオスとメスを分離する必要があり、これは遅くミスの起きやすい作業です。本研究は、蛹の段階で見た目だけでオスとメスを容易に見分けられる昆虫系統を、外来DNAをゲノムに導入することなく精密に作る新たな方法を提示します。

性別選別系統を作るよりクリーンな方法

これまで「遺伝的性別選別系統」は、農業害虫や病原媒介昆虫で性別分離を容易にするために作られてきました。地中海フルーツフライの古典例では、蛹の色と熱感受性という二つの有用な性質を放射線でオスの染色体領域に結びつけています。オスは褐色の蛹から、メスは白い蛹から羽化し、胚を加熱処理してオスのみを生存させることができます。しかしこの手法は適応度を下げたり、オスの部分的な不妊を引き起こしたり、遺伝的再配列によって信頼性が失われることがあります。また、他種に再現するのが難しい複雑な染色体再配列に依存します。

シスジェニック性別選別系の設計

著者らは、より単純で安定し、公衆に受け入れられやすい可能性のある系を設計することを目指し、それをシスジェニック遺伝的性別選別系と名付けました。「シスジェニック」とは、すべての遺伝要素が同種由来であり、外来の遺伝子が追加されないことを意味します。地中海フルーツフライを用いて、彼らはCRISPRベースのゲノム編集で、雌を決定する遺伝子であるtransformerに自然に存在する性別特異的制御配列を、蛹の色を制御するwhite pupaeと呼ばれる遺伝子に挿入しました。この挿入配列は遺伝子の読み取り時にオスとメスで異なる扱いを受けるため、同じ編集遺伝子が両性で逆の振る舞いを示します。

色を内蔵の性別タグに変える

この巧妙な編集により、オスとメスの蛹は異なる色になります。メスでは挿入された制御配列が遺伝子の処理時に切り取られ、white pupae遺伝子が通常通り機能して褐色の蛹が形成されます。オスでは配列が残されたままになり、遺伝子が中断され通常のタンパク質産生が阻害されるため、オスは白い蛹になります。研究者らはこの編集型を二倍体で全個体に保持するよう交配を重ね、新しい系統をIMPERIALと名付けました。この系統では白い蛹はすべてオスに、褐色の蛹はすべてメスになり、色による選別だけで性別分離が可能になります。

強度、安定性、行動の検証

IMPERIALが大規模な害虫防除に実用的かを検討するため、著者らは標準の野生型系統および広く使われるVIENNA 8遺伝的性別選別系と比較しました。複数世代にわたり、IMPERIALは蛹の色と性別の完全な一致を維持し、オスとメスの比率も1:1に保ちました。対照的にVIENNA 8はしばしば雌が少なくなる傾向があり、雌の未顕在的な死亡やその他のコストを示唆しました。卵から成虫までの生存率や成虫寿命はIMPERIALが野生型に近く、いくつかの指標でVIENNA 8より良好でした。卵から成虫への発育もVIENNA 8より速い傾向があり、とくにその雌は発育が遅かったです。三系統のオスの中から雌に選択させる実験では、試験系統の雌はIMPERIALオスとVIENNA 8オスの間でほぼ同程度に交尾しましたが、野生型オスが最も魅力的なままでした。

今後の防除への意義

IMPERIAL系統は、外来DNAを用いずに単一の精密な編集で、男子と女子を明確に分ける視覚的なマーカーを作り得ることを示しています。外来遺伝子が追加されないため、こうしたシスジェニック系統は完全なトランスジェニック昆虫よりも規制上扱いやすく、公衆に受け入れられやすい可能性がありますが、最終的には地域ごとの規則に依存します。同様の戦略―その種自身の性決定システムから性特異的制御配列を借用し、可視マーカー遺伝子に挿入する方法―は原理的には他の果実バエや蚊へも応用可能です。実際の飼育施設でのさらなる検証が進めば、IMPERIALのようなシスジェニック性別選別系は不妊雄放飼をより安く、より効果的で、より広く利用可能にし、幅広い殺虫剤への依存を減らしつつ作物を保護する助けになるでしょう。

引用: Davydova, S., Liu, J., Kandul, N.P. et al. Generating cisgenic sexing strains in insect pests. Commun Biol 9, 363 (2026). https://doi.org/10.1038/s42003-026-09624-9

キーワード: 不妊虫放飼法, 遺伝的性別選別系統, 地中海フルーツフライ, CRISPRゲノム編集, シスジェニック害虫防除