アリの嗅覚と遺伝子の関係を解明(Ants Use a Genetic ‘Bulldozer’ to Achieve a Hyper-Specific Sense of Smell)

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2025-10-22 ニューヨーク大学(NYU)

ニューヨーク大学(NYU)の研究チームは、アリの極めて精密な嗅覚を支える遺伝子制御メカニズムを解明した。アリは数百種類もの嗅覚受容体遺伝子を持つが、各神経細胞ではそのうち1つだけが発現する「一細胞一受容体」原則を厳密に守っている。研究によると、この選択的発現は「遺伝的ブルドーザー」と呼ばれる独特の転写干渉機構によって実現されていた。特定の受容体遺伝子が転写されると、RNAポリメラーゼが下流の遺伝子領域を“読み越し”ながらリードスルー転写物を生成し、さらに上流方向には逆向きのアンチセンスRNAを作り出して周辺の遺伝子群を物理的・転写的に沈黙化する。これにより、一つの細胞で複数の受容体が誤って同時発現することを防いでいる。この仕組みは受容体遺伝子の密集配置を持つ社会性昆虫に特有の適応であり、感覚神経の正確な情報伝達と進化的多様化を両立させる鍵と考えられる。研究成果は『Science Robotics』誌に掲載され、嗅覚神経制御の新たな原理として注目されている。

アリの嗅覚と遺伝子の関係を解明(Ants Use a Genetic ‘Bulldozer’ to Achieve a Hyper-Specific Sense of Smell)
The head of an Indian jumping ant (Harpegnathos saltator) with antennae in the front. Photo credit: Bogdan Sieriebriennikov, Olena Kolumba

<関連情報>

転写干渉により、アリのニューロンごとに1つの嗅覚受容体が確保される Transcriptional interferences ensure one olfactory receptor per ant neuron

Bogdan Sieriebriennikov,Olena Kolumba,Aurore de Beaurepaire,Jennifer Wu,Valentina Fambri,Eva Bardol,Yuwei Zhong,Ildar Gainetdinov,Danny Reinberg,Hua Yan & Claude Desplan
Nature  Published:22 October 2025
DOI:https://doi.org/10.1038/s41586-025-09664-x

Abstract

To ensure specificity, sensory neurons must select and express a single receptor from often vast gene families, adhering to the rule of ‘one receptor per neuron’. For example, each olfactory sensory neuron in mammals expresses only one odorant receptor (Or) gene1,2. In Drosophila, which has about 60 Or genes, this selection is deterministic3. By contrast, mice face the challenge of choosing one Or gene from over 1,000 options4. They solve this through a complex system of stochastic choices5,6,7,8,9. Ants also possess many Or genes, most of which are organized into tandem arrays similar to those in mammals, but their regulatory mechanisms have evolved independently. Here we show that, in the ant Harpegnathos saltator, each olfactory sensory neuron activates a single promoter within an Or gene array, producing a mature capped and polyadenylated mRNA. While the promoters of downstream genes in the array are inactive, all downstream genes are nonetheless transcribed due to transcriptional readthrough from the active promoter, probably caused by inefficient RNA polymerase II termination. This readthrough appears to suppress downstream promoters through transcriptional interference, resulting in aberrant non-capped transcripts that are not translated, ensuring that only the active gene is expressed. Simultaneously, long antisense transcription originating from the chosen Or promoter covers upstream genes, presumably silencing them. Ants therefore appear to have evolved a unique transcriptional-interference-based mechanism to express a single OR protein from an array of Or genes with functionally similar promoters.

生物工学一般
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