アリの社会は、匂いによって成り立っています。仲間とのコミュニケーション、餌の場所の共有、天敵への警告など、そのすべてがフェロモンという化学物質によって支配されています。この洗練された匂いのシステムを支えるのは、「1つの神経細胞に、1つの匂いセンサー」という鉄則です。しかし、アリのゲノムには何百もの非常によく似たセンサー遺伝子が密集しており、1つだけを正確に選ぶのは至難の業のはず。この長年の謎を解き明かす、驚くべき遺伝子制御の仕組みが発見されました。
新しい研究により、1つの受容体遺伝子が活性化すると、その遺伝子の周りに「転写の盾」が形成され、選ばれた遺伝子の上流と下流両方の遺伝子発現を妨げるという、これまでにないメカニズムが実証されました。この発見は、複数のアリ種やミツバチ、そして潜在的には他の多くの昆虫にも当てはまる可能性があります。また、この成果は、類似した遺伝子が大規模に並んでいる場合にそれらを制御する分子的戦略を明らかにし、遺伝子制御研究そのものに広範な影響を与える可能性があります。
この発見は、ロックフェラー大学の研究者らによって行われ、2025年9月19日付の学術誌Current Biologyに掲載されました。このオープンアクセスの論文は、「Transcriptional Interference Gates Monogenic Odorant Receptor Expression in Ants（転写干渉がアリにおける単一遺伝子性嗅覚受容体発現を制御する）」と題されています。
「私たちは新しい形の遺伝子制御について報告しています」と、ロックフェラー大学の社会進化・行動学研究室を率いるダニエル・クロナウアー博士（Daniel Kronauer, PhD）は語ります。「私たちの結果は、従来とは異なるモデル生物を研究することの重要性を示しています。私たちは、モデル生物として一般的なミバエでは見ることのできなかった、新しく基礎的な分子現象をクローンレイダーアントで発見することができました。」
1つの受容体、1つの神経細胞
匂いに関する中心的な原則は、すべての神経細胞が独自の分子的アイデンティティを持たなければならないということです。「これは感覚神経科学の分野における一種の定説です」と、クロナウアー博士の研究室に所属する大学院生のジャコモ・グロッツァー氏（Giacomo Glotzer）は言います。「各感覚ニューロンは通常1つの受容体を発現し、それがその細胞のアイデンティティを与えるのです。」
生物種によって、「1つの受容体、1つの神経細胞」というパズルの解き方は異なります。ミバエは個々の遺伝子をオン・オフする分子スイッチに依存し、各感覚ニューロンから1つの受容体だけが現れるようにしています。哺乳類はより無秩序なアプローチをとり、各ニューロンがランダムにクロマチンを再編成し、最終的に1つの受容体遺伝子だけがアクセス可能な状態になるようにします。
しかし、アリがミバエやマウスに似た戦略をとるのか、あるいは全く異なる戦略をとるのかは不明でした。約60個の嗅覚受容体で事足りるミバエとは異なり、アリは何百もの受容体を持っており、その規模は哺乳類に匹敵します。そして、その受容体の多くは、ほぼ同一の遺伝子のクラスター（塊）に密集しています。このような混雑した領域では、1つの遺伝子をオンにすると、意図せず他の遺伝子も活性化させてしまうかもしれません。そのため、アリの複雑な嗅覚には、ミバエのような単純な戦略は通用しない可能性が示唆されていました。
研究チームは、アンテナ組織を解剖した後、RNAシーケンシングを用いてどの遺伝子がオンになっているかを特定し、RNA蛍光in situハイブリダイゼーション法でそれらの遺伝子がアンテナのどこに位置するかを突き止めました。そして、最先端の分子・計算技術を駆使し、静かになった隣人たちに囲まれた、選ばれし1つの受容体の鮮明なイメージを描き出しました。
彼らが発見したのは、アリの神経細胞が選んだ受容体遺伝子をオンにするとき、そこで止まらないという事実でした。DNAをRNAにコピーするエンジンであるRNAポリメラーゼは、その遺伝子の正常な終点を越えて進み続け（リードスルー）、標的の下流にある遺伝子領域にまで入り込んでいました。これらの「読み過ごし」転写産物は、核外へ輸送されるのに必要なタグを欠いているため、核内に留まると考えられます。著者らは、これらの転写産物は機能しないものの、その生産自体が下流の遺伝子を黙らせる役割を果たすと推測しています。一方で、神経細胞は逆方向にも「アンチセンスRNA」を生成します。ここでのポリメラーゼは、本来ならオンになっていたかもしれない上流の遺伝子を黙らせるための障害物として機能します。
その結果、選ばれた受容体遺伝子の周りに、保護的な遺伝子の盾が形成されるのです。
「このメカニズムを分解し、その構成要素を分析したところ、この戦略が局所的なゲノム環境を静め、細胞に単一の受容体アイデンティティを与えるのに役立っていることがわかりました」と、クロナウアー博士の研究室の特別研究員であるパルビズ・ダニエル・ヘジャジ・パストール氏（Parviz Daniel Hejazi Pastor）は述べています。「私たちの発見は、転写干渉、つまり神経細胞が上流と下流両方の他の受容体の真の転写を防ぐことによって、1つの受容体を選ぶという点を中心にしています。」
クローンレイダーアントを越えて
チームはさらに、この同じメカニズムがインドクワガタアリやミツバチといった他の社会性昆虫でも機能していることを確認しました。これらの発見は、社会性であるかどうかにかかわらず、多くの昆虫が受容体とニューロンの1対1の比率を維持するために転写干渉を利用している可能性を提起します。「このメカニズムは、特に嗅覚受容体遺伝子のレパートリーが大きい昆虫種の間で、私たちが考えていたよりもさらに広く分布しているかもしれません」とクロナウアー博士は言います。
その意義は、昆虫の嗅覚をはるかに超えて広がります。この研究は、近縁遺伝子の密集したクラスターが、下流の隣人を静める「リードスルー」と上流をブロックする「アンチセンス転写」という双方向の安全策によって統制されうることを示し、ゲノムが大規模な遺伝子ファミリーをいかに制御しているかの青写真を提供します。
「このようなシステムが一度確立されれば、何も破壊することなく、より複雑になることが許されます」とクロナウアー博士は言います。「私たちは、この種の遺伝子制御システムが、アリが新しい嗅覚受容体を非常に迅速に進化させることを可能にする一因であると推測しています。
