作成： 1999/11/05 小山 重郎・天野 悦夫
データ番号 ：020165
チチュウカイミバエ根絶のための不妊虫放飼法における雄虫選別法
目的 ：チチュウカイミバエ根絶のための不妊虫放飼法における雌虫排除による高効率化
放射線の種別 ：ガンマ線
放射線源 ：60Co線源
線量（率） ：30-55Gy(転座をおこさせるため)、100-150Gy(不妊化のため)
利用施設名 ：IAEAザイベルスドルフ研究所照射施設など
照射条件 ：空気中
応用分野 ：不妊虫放飼法の高能率化、雌雄性別選抜法への応用、転座系統の育成法への応用
概要 ：
不妊虫放飼法は、特定害虫について、その他の昆虫類に影響を与えることなく、根絶を可能とする極めて効果の高い方法である。実際には放射線照射をされて不妊となった雄虫の方が雌虫よりも効果的であり、不妊虫であっても雌虫の放飼は望ましくない。大量飼育に当たっても雄虫のみに限定できることが望ましい。本報告は、高温では雌虫が死ぬような突然変異系統の育成とその放飼効果についての報告である。なお通常の飼育温度では雌雄共に正常に育つので、系統の維持には問題はない。
詳細説明 ：
世界的に果実に付くミバエ類が生産物の自由な輸出入の制限要因になっている。このような農業害虫については不妊虫放飼法が、環境を損なうことなく特定害虫の「根絶」が可能な技術として、日本における成功例を含めて、既に多くの実績が世界各地で報告されている。さらにこの技術の一層の改良が求められ、研究が進められている。例えば、不妊虫放飼法の実施に当たってこれまでは不妊化した雌雄の選別が困難であったため雌も同時に放飼されていたが、雄虫のみの飼育・不妊化・放飼は本方法の低コスト化、高効率化に望ましい要素である。原論文1の中ではそれが次のように示されている。
1)実際には不妊化された雄虫のみが効果的に働いている。
2)野外放飼に当たって、不妊虫同士の交尾を防止できる。
3)費用のかかる成果の観察にあたって、トラップに入る雌虫の数から直接に残り集団の推定が可能となる。
4)不妊化されていても、産卵行動や吸血行動のため、雌虫を多量に放飼できない場合がある。
5)処理間違いなどによる不完全不妊化雌虫の大量放飼は悪影響が極めて大きい。
原論文1ではチチュウカイミバエについて、ショウジョウバエに準じた基礎的な遺伝学的研究を行った上で、一般飼育温度よりも高い温度で致死となる突然変異遺伝子を、チチュウカイミバエの性決定染色体であるY染色体に転座させることで、雄虫を選択的に選別飼育することに成功している。
チチュウカイミバエでは雌がX染色体を2本持っているのに対し、雄はX染色体1本のほかにY染色体を1本持っている。このY染色体に、優性の正常な遺伝子を転座によって乗せておけば、雄は必ず「正常」になる。従って何らかの方法で雌が区別できるような劣性の突然変異があれば性による選別は可能となる。変異形質としては表1のような例が挙げられる。これらの中で、蛹の色は機械選別が可能ではあろうが、蛹になるまでは雌雄共に飼育せねばならず、また機械選別の信憑性や蛹への傷害も心配である。飼料の中に薬剤を入れて選別する事も可能ではあろうが、費用や飼育作業面での安全性で問題がある。そこで原論文1では比較的安価ながら精密な実験結果が得られた温度感受性致死突然変異を取り上げている。
表1 Mutations used as sexing genes in medfly(チチュウカイミバエの性別に用いられた変異形質)（原論文1より引用。 Reproduced from data source 1 with kind permission from CRC Press, (C)1994, Boca Raton Florida）
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Chromosome Name Phenotype
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2 niger (nig) dark puparium（黒い蛹）
2 rosy eye (ry) purine sensitive（プリン添加で死ぬ）
2 Alcohol dehydrogenase (Adh) allyl alcohol sensitive（アルコール添加で死ぬ）
3 dark pupae (dp) dark puparium（黒い蛹）
5 white pupae (wp) white puparium（白い蛹）
5 temperature sensitive temperature
sensitive lethal (tsl) sensitive lethal（高温で死ぬ）
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性選別用の遺伝子について正常なもの(tslの場合は高温でも生存できるもの)をY染色体に移すには、放射線照射による「転座」を利用する。電離放射線の照射によって、染色体は切断されるが、生物の修復機能によって切断端は再び結合される。その際の結合間違いを利用するのである。実際にはいろいろな修復・転座が起こっている中から望ましいものを選抜するのである。図1(原論文1のFigure 1)に基本的な操作が示されている。ここでは優性の正常な遺伝子がY染色体に移っている事が大切である。
図1 A schematic representation of a genetic sexing strain. Two principal components are required: a selectable markers (GS+=dominant wild-type allele, GS=recessive mutant allele) and a Y-autosome translocation linking the wild-type allele to the male sex. In the resulting strain, the males are heterozygous and the females are homozygous for the sexing gene.（原論文1より引用。 Reproduced from data source 1 with kind permission from CRC Press, (C)1994, Boca Raton Florida
）
このようにして、育成された系統でも、詳細に検討すると図2(原論文1のFigure 3)上部の右上がりカーブのように、本来の遺伝的組み換え現象によって遺伝子型の崩壊が起こることがある。このことから、彼らは実験を進めて、第5染色体からY染色体への転座部分が一層短くて、遺伝子型の崩壊の起こりにくい系統の選抜に成功した。その結果は同じ図2の下部に示されているが、9世代以上の集団飼育を続けても、遺伝子型の崩壊が起こらない3系統(GS-3,4 and 6)の選抜に成功している。更に同様の方法で、第3染色体(dp遺伝子座)や第4染色体(ap遺伝子座)上の標識遺伝子の転座系統も育成している。
図2 If recombinants cannot be removed from a mass reared colony, they will, depending on their fitenss, accumulate in the colony. In the upper part, the Y-autosome translocation T(Y;5)30C is shown either with wp or with wp-tsl as sexing gene. When these strains are reared without removing aberrant flies after each generations, a steady increase of recombinant phenotypes is observed. In the lower part, the same test is shown for three new Y-autosome translocation strains. They differ from T(Y;5)30C in the location of the translocation breakpoint on chromosome 5, i.e. their breakpoints are much closer to wp and tsl.（原論文1より引用。 Reproduced from data source 1 with kind permission from CRC Press, (C)1994, Boca Raton Florida）
ここで利用された突然変異tslはハエを化学的変異誘導剤 ethylmethan sulfonateで処理することによってつくりだされ、またwp(白い蛹)の形質もあわせもっていた。この性別系統は雄が高温に強く、雌が弱い。そこで卵の時期に32℃で処理することによって、雌の卵を殺し、雄の卵だけを飼育することができ、増殖費用の低減につながった。この形質は安定性が高く、増殖も容易で、選別には簡単な定温糟があればよいため、実用的であった(原論文2、3)。
この方法によって国際原子力機関(IAEA)ザイベルスドルフ(Seibersdorf)研究所で作り出された性別系統をもちいて、グアテマラの1区4平方キロのコーヒー園で行われた大規模な試験によれば、不妊虫と野生虫の比が100:1以上の場合、不妊雄のみ放飼の区では産卵された卵の90%以上が孵化しなかったのに対し、不妊雄と不妊雌を同時に放した区では不妊虫と野生虫の比が500:1を超えても、孵化しない卵の割合は15-20%にとどまった(原論文4)。この試験により実用性が認められたため、この系統は世界各地のチチュウカイミバエ不妊虫生産工場に配布され、実際の根絶事業に利用される計画となっている。
コメント ：
不妊虫放飼法自体が非常に優れた技術であるが、性選別法はそれを更に高効率化にむけて推し進めるための重要な技術である。自家受精が容易な一部の農作物と異なり、遺伝学的に安定な系統の作出・育成は世代サイクルが短い昆虫とはいってもやはり複雑でむつかしいものである。さらに実用飼育に向けての遺伝子型の安定性まで確認していることは重要な点である。また、ここでつくりだされた性別系統の不妊虫が実際に野外に放飼されて効果をあげていることから、今後の実用化に期待がもたれる。
原論文１ Data source 1：
Requirements and strategies for the development of genetic sex separation systems with special reference to the Mediterranean fruit fly Ceratitis capitata
Franz,G. and Kerremans, P.
International Atomic Energy Agency,Joint FAO/IAEA Division,Entomology Unit,Seibersdorf,Austria
Fruit Flies and the Sterile Insect Technique(Calkins,C.,Klassen,W.and Liedo,P.,eds.,CRC Press):113-122(1994)
原論文２ Data source 2：
Towards the application of genetic sexing in Tephritid fruit fly SIT progarams
Willhoeft,U.,Franz,G.,and McInnis,D.O.*
Joint FAO/IAEA Programme, Entomology Unit,Seibersdorf,*Tropical Fruit and Vegetable Research Laboratory, USDA-ARS,Honolulu
Fruit Fly Pests,A World Assessment of Their Biology and Management(McPheron,B.A. and Steck,G.J.,eds.,St.Lucie Press):179-184(1996)
原論文３ Data source 3：
Development and application of genetic sexing systems for the Mediterranean fruit fly based on a temperature sensistive lethal
Franz,G.,Kerremans,P.,Rendon,P.* and Hendrichs,J.**
IAEA Laboratories,Entomology Unit,Seibersdorf,*USDA-APHIS,San Miguel Petapa,**Joint FAO/IAEA Division,Insect and Pest Control Section,Vienna
Fruit Fly Pests,A World Assessment of Their Biology and Management(McPheron,B.A. and Steck,G.J.,eds.,St.Lucie Press):185-191(1996)
原論文４ Data source 4：
Comparison of medfly male-only and bisex releases in large scale field trials
Rendon,P.,McInnis,D.*,Lance,D.**,and Stewart,J.***
USDA-APHIS-PPQ-Methods Development-GUATEMALA,*USDA-ARS-Hawaii,USA,**USDA-APHIS-PPQ-Hawaii,USA,***USDA-APHIS-IS-GUATEMALA
Fifth International Simposium on Fruit Flies of Economic Importance,1-5 June 1998, Penang,Malaysia:72
参考資料１ Reference 1：
Poulation suppression and sterility rates induced by variable sex ratio, sterile insect releases of Ceratitis capitata (Diptera:Tephritidae) in Hawaii
McInnis,D.O.,Tam,S.,Grace,C. and Miyashita,D.
Tropical Fruit and Vegetable Research Laboratory, USDA-ARS, P.O.Box 2280,Honolulu,HI 96804
Annals of the Entomological Society of America 87(2):231-240(1994)
参考資料２ Reference 2：
Ceratitis capitata - a suitable case for genetic sexing
Robinson,A.S. & Van Heemert,C.
Insect Genetics Unit, Research Institute ITAL, P.O.Box 48,6700 AA Wageningen,The Netherlands
Genetica 58:229-237(1982)
参考資料３ Reference 3：
Field cage studies with a genetic sexing strain in the Mediterranean fruit fly, Ceratitis capitata
Robinson,A.S.,Cirio,U.*,Hooper,G.H.S.** & Capparella,M.
Research Institute ITAL,P.O.Box 48,6700 AA Wageningen,The Netherlands,*ENEA, Dipartimento fonti Alternative Rinnovabile e Resparmio Energetico,Casaccia, Roma, Entomology Unit,IAEA Laboratories, International Atomic Energy Agency Division, P.O.100,A 1400 Vienna,Austria
Entomol.exp.appl.41:231-235(1986)
参考資料４ Reference 4：
The genetics of the Mediteranean fruit fly: a " white pupae " mutant
Roessler,Y.
The " Israel Cohen " Institute for Biological Control, Citrus Marketing Board, Rehovot, Israel
Annals of the Entomological Society of America 72(5):583-585 (1979)
参考資料５ Reference 5：
Automated sexing of Ceratitis capitata(Dip.:Tephritidae):the development of strains with inherited, sex-limited pupal color dimorphism
Roessler,Y.
The " Israel Cohen " Institute for Biological Control,Agrotechnical Division, Citraus Marketing Board, Rehovot, Israel
Entomophaga 24(4):411-416 (1979)
参考資料６ Reference 6：
Automated sexing of pupae and its usefulness in control by sterile insects
Whitten,M.J.
Division of Entomology, CSIRO, Canberra, Australia
Journal of Economic Entomology 62(1):272-273 (1969)
キーワード：チチュウカイミバエ、不妊虫放飼法、雄虫選別、温度感受性致死変異、放射線照射、Y染色体転座、育種法、根絶防除、不妊雄のみ放飼、遺伝的性別、雌雄判別、転座
Mediterranean fruit fly, sterile insect technique, male selection, temperature sensitive lethal, irradiation, Y-chromosome translocation, breeding method, eradication, only sterile male release, genetic sexing, gender sepsration, translocation
分類コード：020103,020201,020502,040204