シロアリ腸内共生微生物群集の垂直伝播メカニズムの解明

• Project/Area Number: 20J00986
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Review Section: Basic Section 45040:Ecology and environment-related
• Research Institution: Tokyo Institute of Technology
• Principal Investigator: 稲垣 辰哉 東京工業大学, 生命理工学院, 特別研究員(PD)
• Project Period (FY): 2020-04-24 – 2023-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2022)
• Budget Amount: ¥4,810,000 (Direct Cost: ¥3,700,000、Indirect Cost: ¥1,110,000); Fiscal Year 2022: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000); Fiscal Year 2021: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000); Fiscal Year 2020: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000)
• Keywords: 相利共生 / シロアリ / 腸内微生物 / 原生生物 / 社会性昆虫 / 昆虫生態学 / 微生物生態学 / ヤマトシロアリ

Outline of Research at the Start

微生物との共生関係は生物一般にみられ、寄生から共生まで多岐にわたる。その中でも、シロアリと腸内の微生物群集、特に原生生物は互いに強く依存しており、その共生関係は一億五千万年もの間維持されてきたことが知られている。本研究においてはその微生物群集がシロアリの腸内でのみ維持されてきたメカニズムを明らかにすることを目的としている。まず、シロアリ世代間の微生物群集ダイナミクスを明らかにする。次にその中で常に維持されている必須共生微生物について、その維持メカニズムをシロアリの腸の構造と遺伝子発現に着目することで明らかにする。

Outline of Annual Research Achievements

本研究の目的は1.5億年以上前に起源したシロアリと腸内原生生物群集の絶対共生関係がどのように維持されてきたかを明らかにすることである。昨年度においては、次世代を担う羽アリが共生原生生物群集を得るプロセスを実験により明らかにした。
本年度は昨年得られた原生生物群集データをより詳細に解析した。その結果、ヤマトシロアリのニンフと羽アリでは一部の種の存在比がワーカーと大きく異なることがわかった。特に、ワーカーでは存在比の少ない２種の原生生物の存在比がニンフと羽アリにおいて大きく上昇していた。コンピューターシミュレーションを行い、この存在比上昇がボトルネック効果を和らげ、腸内原生生物種全体の伝播効率をあげることを示した。
さらに、昨年度において得られたサンプルに対して原生生物の遺伝子配列ベースでの群集解析を行い、より詳細なデータを得た。具体的には、ヤマトシロアリのワーカー・ニンフ・羽アリの全腸DNAに対して、オキシモナスおよびパラバサリア原生生物の18SrRNA配列特異的プライマーを用いたアンプリコンシーケンスを行った。その結果、ワーカーからは検出される一方でニンフや羽アリからは検出されない原生生物種が存在した。このことは羽アリを介する原生生物群集の伝播が必ずしも完全でないことを示唆している。シロアリの羽アリは巣から分散した後に雌雄でペアを作り新しい巣を創設する。その際に一方が保有していない原生生物種を補うことも可能であることが考えられる。
今回の結果によって、シロアリが複数世代にわたってその腸内のみで原生生物群集を維持してきたメカニズムの一端が明らかになった。得られた結果を、国際学会や国内学会およびセミナーにおいて報告した。一連の結果をまとめ、国際誌への投稿を予定している。

Research Progress Status

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Heritable effects on caste determination and colony-level sex allocation in termites under field conditions (2023)
  • Author(s): Takata Mamoru、Nagai Shuya、Inagaki Tatsuya、Ohkubo Yusaku、Tasaki Eisuke、Matsuura Kenji
  • Journal Title: iScience Volume: 26 Issue: 3 Pages: 106207-106207
  • DOI: 10.1016/j.isci.2023.106207
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Rapid elimination of symbiotic intestinal protists during the neotenic differentiation in a subterranean termite, Reticulitermes speratus (2022)
  • Author(s): Inagaki Tatsuya、Nozaki Tomonari、Matsuura Kenji
  • Journal Title: Insectes Sociaux Volume: 69 Issue: 4 Pages: 335-343
  • DOI: 10.1007/s00040-022-00877-1
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Gut microbial pulse provides nutrition for parental provisioning in incipient termite colonies (2020)
  • Author(s): Inagaki Tatsuya、Yanagihara Saki、Fuchikawa Taro、Matsuura Kenji
  • Journal Title: Behavioral Ecology and Sociobiology Volume: 74 Issue: 6
  • DOI: 10.1007/s00265-020-02843-y
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] A non-invasive method for sexing first and second instar larvae of termites using external morphology (2020)
  • Author(s): Takata Mamoru、Inagaki Tatsuya、Ishibashi Tomoki、Tasaki Eisuke、Matsuura Kenji
  • Journal Title: Insectes Sociaux Volume: 67 Issue: 4 Pages: 487-493
  • DOI: 10.1007/s00040-020-00785-2
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 博士論文抄録 シロアリ腸内共生微生物の新規機能とカースト特異性に関する研究 (2020)
  • Author(s): 稲垣 辰哉
  • Journal Title: しろあり Volume: 174 Pages: 32-37
• [Presentation] 成虫脱皮及び分散過程におけるシロアリ腸内原生生物群集の伝播ダイナミクス (2023)
  • Author(s): 稲垣辰哉、猪飼桂、高橋一樹、本郷裕一
  • Organizer: 第67回日本応用動物昆虫学会
• [Presentation] シロアリ腸内原生生物群集の伝播ダイナミクス (2023)
  • Author(s): 稲垣辰哉
  • Organizer: 第60回EZOゼミ
• [Presentation] Dynamics of gut microbiota in termite during caste differentiation and vertical transmission. (2022)
  • Author(s): Tatsuya Inagaki, Katsura Igai, Kazuki Takahashi, Yuichi Hongoh
  • Organizer: International Union for the Study of Social Insects (IUSSI2022)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Endogenous factors regulating offspring caste fate and colony-level sex allocation in termites. (2022)
  • Author(s): Mamoru Takata, Shuya Nagai, Tatsuya Inagaki, Yusaku Ohkubo, Tomoki Ishibashi, Eisuke Tasaki, Kenji Matsuura
  • Organizer: International Union for the Study of Social Insects (IUSSI2022)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Gut microbial pulse provides nutrition for parental provisioning to larvae during colony foundation in a termite. (2022)
  • Author(s): Tatsuya Inagaki, Katsura Igai, Saki Yanagihara, Taro Fuchikawa, Yuichi Hongoh, Kenji Matsuura
  • Organizer: 26th International Congress of Entomology 2022
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Dynamics of gut microbiota in termite associated with host's adult eclosion and dispersal. (2022)
  • Author(s): Tatsuya Inagaki, Katsura Igai, Kazuki Takahashi, Yuichi Hongoh
  • Organizer: 10th International Symbiosis Society Congress
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Genome analysis of a novel endosymbiotic clade in Clostridia suggests the emergence of energy parasites within the predominant bacterial class in animal intestines. (2022)
  • Author(s): Kazuki Takahashi, Hirokazu Kuwahara, Yutaro Horikawa, Tatsuya Inagaki, Kazuki Izawa, Masahiro Yuki, Moriya Ohkuma, Yuichi Hongoh
  • Organizer: 10th International Symbiosis Society Congress
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 細胞内寄生性Clostridia綱細菌の発見と進化プロセスの考察 (2022)
  • Author(s): 高橋一樹、桑原宏和、堀川雄太郎、稲垣辰哉、伊澤和輝、雪真弘、大熊盛也、本郷裕一
  • Organizer: 第16回細菌学若手コロッセウム
• [Presentation] シロアリ腸内原生生物Stephanonympha細胞に共生する多様な細菌系統の局在と機能予測 (2022)
  • Author(s): 小林京平、桑原宏和、猪飼桂、高橋一樹、稲垣辰哉、吉岡拓哉、大熊盛也、本郷裕一
  • Organizer: 日本微生物生態学会第35回大会
• [Presentation] 原生生物×社会性昆虫：シロアリの生活史における腸内共生原生生物群集の共有・伝播プロセス (2022)
  • Author(s): 稲垣辰哉
  • Organizer: 第44回原生生物・寄生虫・進化セミナー
• [Presentation] Dynamics of gut microbiota in termite during caste differentiation and vertical transmission (2022)
  • Author(s): Tatsuya Inagaki, Katsura Igai, Kazuki Takahashi, Yuichi Hongoh
  • Organizer: International Union for the Study of Social Insects (IUSSI2022)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Endogenous factors regulating offspring caste fate and colony-level sex allocation in termites (2022)
  • Author(s): Mamoru Takata, Shuya Nagai, Tatsuya Inagaki, Yusaku Ohkubo, Tomoki Ishibashi, Eisuke Tasaki, Kenji Matsuura
  • Organizer: International Union for the Study of Social Insects (IUSSI2022)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Gut microbial pulse provides nutrition for parental provisioning to larvae during colony foundation in a termite (2022)
  • Author(s): Tatsuya Inagaki, Katsura Igai, Saki Yanagihara, Taro Fuchikawa, Yuichi Hongoh, Kenji Matsuura
  • Organizer: 26th International Congress of Entomology 2022
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 親が決めるシロアリの分化運命とコロニーレベルでの性投資比 (2021)
  • Author(s): 高田 守、永井 秀弥、稲垣 辰哉、大久保 祐作、田崎 英祐、松浦 健二
  • Organizer: 第40回日本動物行動学会大会
• [Presentation] “腸内微生物パルス”がシロアリの両親による子への給餌を支える (2021)
  • Author(s): 稲垣 辰哉、柳原 早希、渕側 太郎、松浦 健二
  • Organizer: 日本昆虫学会第81回大会
• [Presentation] 垂直伝播プロセスにおけるシロアリ腸内共生微生物群集の動態 (2021)
  • Author(s): 稲垣 辰哉
  • Organizer: 第69回日本生態学会大会
• [Presentation] Royal-specific gut microbiota in termites (2021)
  • Author(s): Tatsuya Inagaki、Katsura Igai、Yuichi Hongoh、Kenji Matsuura
  • Organizer: 第68回日本生態学会
• [Presentation] シロアリの王・女王特異的な腸内微生物群集動態 (2020)
  • Author(s): 稲垣 辰哉、猪飼 桂、本郷 裕一、松浦 健二
  • Organizer: 第4回共生生物学会
• [Remarks] 東京工業大学本郷研究室ホームページ
  • URL: http://www.hongoh.bio.titech.ac.jp/
• [Remarks] 個人ホームページ
  • URL: https://tatsuyainagaki.wixsite.com/japanese