significance and mechanism of parasitoid killing factors horizontally transmitted between insects and viruses

• Project/Area Number: 21H04723
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Medium-sized Section 39:Agricultural and environmental biology and related fields
• Research Institution: Tokyo University of Agriculture and Technology
• Principal Investigator: 仲井 まどか 東京農工大学, (連合)農学研究科(研究院), 教授 (60302907)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 中松 豊 皇學館大学, 教育学部, 教授 (00456617) ; 鈴木 絵里子 東京農工大学, (連合)農学研究科(研究院), 教授 (00468513) ; 池田 素子 名古屋大学, 生命農学研究科, 教授 (20262892) ; 石井 一夫 公立諏訪東京理科大学, 工学部, 教授 (60449238) ; 高務 淳 国立研究開発法人森林研究・整備機構, 森林総合研究所, 主任研究員 等 (80399378) ; 伊藤 克彦 東京農工大学, (連合)農学研究科(研究院), 准教授 (80725812)
• Project Period (FY): 2021-04-05 – 2026-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2025)
• Budget Amount: ¥41,730,000 (Direct Cost: ¥32,100,000、Indirect Cost: ¥9,630,000); Fiscal Year 2025: ¥7,540,000 (Direct Cost: ¥5,800,000、Indirect Cost: ¥1,740,000); Fiscal Year 2024: ¥7,540,000 (Direct Cost: ¥5,800,000、Indirect Cost: ¥1,740,000); Fiscal Year 2023: ¥7,410,000 (Direct Cost: ¥5,700,000、Indirect Cost: ¥1,710,000); Fiscal Year 2022: ¥7,540,000 (Direct Cost: ¥5,800,000、Indirect Cost: ¥1,740,000); Fiscal Year 2021: ¥11,700,000 (Direct Cost: ¥9,000,000、Indirect Cost: ¥2,700,000)
• Keywords: 寄生蜂致死因子 / 遺伝子水平伝播 / ウイルス / 寄生蜂 / アポトーシス / 水平伝播 / 軍拡競走 / プロセシング / ゲノム 編集 / 天敵

Outline of Research at the Start

エントモポックスウイルスなどの昆虫ウイルスやSpodoptera属などの昆虫のゲノムに保存されている、寄生蜂致死タンパク質 (Parasitoid Killing Factor: PKF)が、寄生蜂を殺すしくみを明らかにし、PKFがウイルスと昆虫間を水平伝播しその両者に今日まで保存されている理由、すなわちその適応的意義を解明することを目的とする。寄生蜂は、昆虫にとっては排除しなければならない宿命の天敵であり、ウイルスにとっては共通の宿主を奪い合う競争者である。本研究の成果により、昆虫と天敵の共進化における新しいパラダイムの構築を目指す。

Outline of Annual Research Achievements

1) Parasitoid Killing Fator (PKF）の作用機構: バキュロウイルス由来のタンパク質発現ベクターを用いてMythimna separata Entomopoxvirus（MySEV）のPKF1を発現させアワヨトウ幼虫に組換えウイルスを接種して可溶性タンパク質を発現させた。この方法で、C末側のエンドヌクレアーゼドメインのアミノ酸置換により変異株を複数構築した。構築された変異株を用いて寄生蜂由来に対する致死活性を調べることにより、C末側の寄生蜂細胞致死活性すなわちC末側のどの配列が寄生蜂致死に関係しているかが明らかになった。また、PKFは、細胞内で発現し体液中でプロセシングされる。C末側とN末側のどの配列が切断されるか不明であった。上記のバキュロウイルス発現システムで切断されると想定される配列とタグを含む配列を挿入した組換え体を作製しアワヨトウ幼虫に接種した。この組換タンパク質をアワヨトウ幼虫体内で発現させプロセシングされたタンパク質のN末からアミノ酸配列を解読した結果、N末側とC末側の切断部位のアミン酸配列を特定できた。2) PKF遺伝子の適応的意義： MySEVにコードされている３つのPKF遺伝子をそれぞれすべての組み合わせで欠損させたのMySEV欠損株をアワヨトウ幼虫体内で増殖し遠心分離により精製した。これらのPKF遺伝子欠損株と野生株をアワヨトウ幼虫に接種して適応度に関するパラメータを比較しMySEVの適応度への影響を評価した。また、カリヤコマユバチ（寄生蜂）に寄生したアワヨトウ幼虫にMySEV（野生株とPKF遺伝子欠損株）を接種して脱出率を調査し寄生蜂に対する影響を評価した。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

MySEVにコードされているPKFの発現のしくみが解明できた。また、MySEVのPKF遺伝子欠損ウイルスについても順調にデータが蓄積できた。

Strategy for Future Research Activity

１）MySEV由来のPKF１について細胞内局在を調査し、PKFが特定のグループの寄生蜂細胞を致死させるメカニズムの一端を探る。２）PKF欠損MySEVと野生株のMySEVを寄生蜂に寄生されたアワヨトウ幼虫に接種して適応度を比較しMySEVの生態学的意義を調べる。

Research Products

• [Int'l Joint Research] University of Valencia(スペイン)
• [Int'l Joint Research] Hunan Agriculture University(中国)
• [Int'l Joint Research] University of Valencia(スペイン)
• [Int'l Joint Research] 湖南農業大学(中国)
• [Int'l Joint Research] サスカチュアン大学(カナダ)
• [Int'l Joint Research] バレンシア大学(スペイン)
• [Int'l Joint Research] 安東大学(韓国)
• [Journal Article] Intradomain Allosteric Regulation of Soluble Epoxide Hydrolase by Its Substrates (2024)
  • Author(s): Matsumura S, Shida A, Tsuchii M, Wada M, Charneau J, Tsuji M, Hasumi K, Suzuki E.
  • Journal Title: Int. J. Mol. Sci. Volume: 25 Issue: 24 Pages: 13496-13496
  • DOI: 10.3390/ijms252413496
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Anti-angiogenic activity of a novel angiostatin-like plasminogen fragment produced by a bacterial metalloproteinase (2024)
  • Author(s): Shimizu Kosuke、Nishimura Naoko、Wang Taolin、Yamamoto Tetsuro、Suzuki Eriko、Hasumi Keiji
  • Journal Title: Heliyon Volume: 10 Issue: 15 Pages: e35232-e35232
  • DOI: 10.1016/j.heliyon.2024.e35232
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Molecular Insights into the Temperature-dependent Super-double-flower-like Malformation in Carnation (<i>Dianthus caryophyllus</i> L.) (2024)
  • Author(s): Yamane Kenji、Suzuki Tomohiro、Kurokura Takeshi、Takahashi Nana、Koizumi Mariko、Kitamura Rika、Xie Xiaonan、Ishii Kazuo
  • Journal Title: The Horticulture Journal Volume: 93 Issue: 4 Pages: 321-334
  • DOI: 10.2503/hortj.QH-141
  • ISSN: 2189-0102, 2189-0110
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] The DEAD/H-box helicase DHX9 contributes to suppression of Bombyx mori nucleopolyhedrovirus propagation in B. mori cells (2023)
  • Author(s): Kudome Nao、Ito Aika、Ota Ayaka、Kobayashi Michihiro、Ikeda Motoko、Hamajima Rina
  • Journal Title: Developmental & Comparative Immunology Volume: 147 Pages: 104897-104897
  • DOI: 10.1016/j.dci.2023.104897
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Analysis of the trehalose synthesis pathway of Physarum polycehalum (2023)
  • Author(s): Morita R, Okano S, Furukawa A, Ishii K, Teramoto C, Minami Y
  • Journal Title: Biochem Biophys Res Commun Volume: - Pages: 299-307
  • DOI: 10.1016/j.bbrc.2023.09.090
• [Journal Article] Combined actions of bacteriophage-encoded genes in Wolbachia-induced male lethality (2023)
  • Author(s): Arai Hiroshi、Anbutsu Hisashi、Nishikawa Yohei、Kogawa Masato、Ishii Kazuo、Hosokawa Masahito、Lin Shiou-Ruei、Ueda Masatoshi、Nakai Madoka、Kunimi Yasuhisa、Harumoto Toshiyuki、Kageyama Daisuke、Takeyama Haruko、Inoue Maki N.
  • Journal Title: iScience Volume: 26 Issue: 6 Pages: 106842-106842
  • DOI: 10.1016/j.isci.2023.106842
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Identification of aminobenzoic acids as selective inhibitors of the N-terminal phosphatase of soluble epoxide hydrolase (2023)
  • Author(s): Kihara, Y., Nishimura, E., Kanai, C., Kitano, Y., Suzuki, E., Hasumi, K.
  • Journal Title: Biosci. Biotechnol. Biochem. Volume: 87 Issue: 5 Pages: 511-515
  • DOI: 10.1093/bbb/zbad016
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] A simple method to disperse eggs from lepidopteran scalelike egg masses and to observe embryogenesis (2022)
  • Author(s): Arai H, Ishitsubo Y, Nakai M, Inoue MN
  • Journal Title: Entomological Science Volume: 25 Issue: 1 Pages: 1-4
  • DOI: 10.1111/ens.12497
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Direct cell-cell interaction regulates division of stem cells from PC-3 human prostate cancer cell line (2022)
  • Author(s): Suzuki, E., Masaka, N., Urabe, T., Sasaki, M., Hasumi, K.
  • Journal Title: Biochem. Biophys. Res. Commun. Volume: 631 Pages: 25-31
  • DOI: 10.1016/j.bbrc.2022.09.004
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Amine-regulated pri-SMTP oxidation in the SMTP biosynthesis in Stachybotrys as a nitrogen acquisition strategy (2022)
  • Author(s): Iwama, R., Sasano, Y., Hiramatsu, T., Otake, S., Suzuki, E., Hasumi, K.
  • Journal Title: J. Fungi. Volume: 8 Issue: 9 Pages: 975-990
  • DOI: 10.3390/jof8090975
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Horizontally transmitted Parasitoid Killing Factor shapes insect defence to parasitoids (2021)
  • Author(s): Gasmi, L. , Sieminska, E., Okuno, S., Ohta, R., Coutu, C., Vatanparast, M., Harris, S., Baldwin, D., Hegedus, D.D., Theilmann, D.A., Kida, A., Kawabata, M., Sagawa, S., Takatsuka, J., Tateishi, K., Watanabe, K., Inoue, M.N., Kunimi, Y., Kim, Y., Erlandson, M. A., Herrero, S., Nakai, M.
  • Journal Title: Science Volume: 373 Issue: 6554 Pages: 535-541
  • DOI: 10.1126/science.abb6396
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Presentation] Estimation of regions responsible for the lethal activity of parasitoid killing factors encoded in entomopoxvirus by pointmutation (2024)
  • Author(s): Haru Migita,Taku Onodera, Madoka Nakai
  • Organizer: 56th Annual Meeting of the Society for Invertebrate Pathology
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Can adaptive strategies of ascoviruses to insects be deciphered from the function of genes encoded in their genome? (2024)
  • Author(s): Madoka Nakai, Guo-Hua Huang
  • Organizer: 27th International Congress of Entomology
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Viral adaptive evolution strategy: regulating the host melanization immunity to improve its own replication ability (2024)
  • Author(s): Guo-Hua Huang, Madoka Nakai
  • Organizer: 27th International Congress of Entomology
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Functional analysis of parasitoid killing factor in Spodoptera exigua (2024)
  • Author(s): Haru Migita, Katsuhiko Ito, Madoka Nakai
  • Organizer: 27th International Congress of Entomology
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 昆虫ポックスウイルス由来の寄生蜂致死因子(Parasitoid killing factor)の構造的特徴 (2024)
  • Author(s): 右田 陽、仲井 まどか
  • Organizer: 日本応用動物昆虫学会
• [Presentation] ウイルスが持つ寄生蜂致死遺伝子が与えるウイルスと寄生蜂幼虫の生育への影響 (2024)
  • Author(s): 高木 玲奈、高務 淳、仲井 まどか
  • Organizer: 日本応用動物昆虫学会
• [Presentation] Anti-angiogenic activity of novel plasminogen fragments produced by a bacterial metalloproteinase (2024)
  • Author(s): Suzuki E, Shimizu K, Wang T, Hasumi K
  • Organizer: International Society of Thrombosis and Hemostasis
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 可溶性エポキシドヒドロラーゼの基質によるアロステリック制御は基質選択性をもたらす (2024)
  • Author(s): 松村信、土井萌乃、信太綾乃、蓮見惠司、鈴木絵里子
  • Organizer: 2024年度日本生化学会大会
• [Presentation] 細胞接着による癌幹細胞の機能変化に伴う遺伝子発現変動解析 (2024)
  • Author(s): 大下舞華、佐々木円香、真坂直樹、高島優花、蓮見惠司、鈴木絵里子
  • Organizer: 2024年度日本生化学会大会
• [Presentation] 可溶性エポキシドヒドロラーゼN-末端ホスファターゼ新規基質による血管内皮炎症制御 (2024)
  • Author(s): 内田有香、設楽大希、土井萌乃、蓮見惠司、鈴木絵里子
  • Organizer: 2024年度日本生化学会大会
• [Presentation] ドローン赤外線空撮映像による農地情報の収集と害獣偵察 (2024)
  • Author(s): 石井 一夫, 奥 久司, 原 数幸, 奥田 哲也, 辺見 勇貴
  • Organizer: 第23回情報科学技術フォーラム
• [Presentation] カイコ黒蛾突然変異の原因因子の探索. (2024)
  • Author(s): 伊藤 克彦・安藤 俊哉・櫻井 健志・横山 岳・伴野 豊・佐原 健
  • Organizer: 日本蚕糸学会第95回大会
• [Presentation] カイコで卵致死を引き起こすライトオレンジ致死突然変異体の原因遺伝子はlaccase2なのか？ (2024)
  • Author(s): 久保 璃音・竹村 洋子・持田 裕司・横山 岳・伊藤 克彦
  • Organizer: 日本蚕糸学会第95回大会
• [Presentation] カイコ胴切繭突然変異体がつくりだす異常繭のスクリーニング方法の確立. (2024)
  • Author(s): 市川 尚人・横山 岳・伊藤 克彦
  • Organizer: 日本蚕糸学会第95回大会
• [Presentation] カイコt44系統で新たに発見された胚致死遺伝子の解析. (2024)
  • Author(s): 白田 乃々香・横山 岳・伊藤 克彦
  • Organizer: 日本蚕糸学会第95回大会
• [Presentation] BmNPVの増殖抑制に関与するカイコDHX9の下流因子の探索 (2024)
  • Author(s): 久土目奈央・池田素子・浜島りな
  • Organizer: 本蚕糸学会中部支部第79回・東海支部第75回大会
• [Presentation] LdMNPVのアポトーシス抑制因子Apsupと相互作用する細胞因子の探索 (2024)
  • Author(s): 北谷華穂・池田素子・浜島りな
  • Organizer: 令和6年度蚕糸・昆虫機能利用学術講演会
• [Presentation] AcMNPV感染カイコ細胞におけるリボソームタンパク質の挙動の調査 (2024)
  • Author(s): 坂上裕喜・池田素子・浜島りな
  • Organizer: 令和6年度蚕糸・昆虫機能利用学術講演会
• [Presentation] AcMNPV感染カイコ細胞におけるリボソームタンパク質の挙動の調査 (2024)
  • Author(s): 原屋正龍・坂上裕喜・池田素子・浜島りな
  • Organizer: 令和6年度蚕糸・昆虫機能利用学術講演会
• [Presentation] 統計科学・機械学習・情報数学の最前線』「大規模複雑データの理論と方法の革新的展開」 (2024)
  • Author(s): 金打 聖菜, 石井 一夫
  • Organizer: 科研基盤Aシンポジウム
• [Presentation] ノックアウト個体を用いた卵致死に関わるカ イコ発育遅延D遺伝子の同定" (2024)
  • Author(s): 白田乃々香・横山 岳・伊藤 克彦
  • Organizer: 日本蚕糸学会第94回大会
• [Presentation] カイコのNRF6遺伝子の組織別発現解析とノック アウト個体の作出" (2024)
  • Author(s): 諫早向日葵，横山岳，伊藤克彦
  • Organizer: 日本蚕糸学会第94回大会
• [Presentation] AcMNPV感染カイコ細胞におけるリボソームRNA 分解断片の配列解析 (2023)
  • Author(s): 原屋正龍・池田素子・浜島りな
  • Organizer: 第80回昆虫病理研究会
• [Presentation] de novo transcriptome of Stelechocarpus burahol Hook.f. & Thomson Merr. leaves using long reads PCR- cDNA Sequencing Deden Derajat Matra (2023)
  • Author(s): M Adrian, Dhika Prita Hapsari, Kazuo Ishii, Eiichi Inoue,Roedhy Poerwanto
  • Organizer: The 4th Asian Horticultural Congress
• [Presentation] 地球温暖化に基づいた野菜の収穫量の影響に関する調査 (2023)
  • Author(s): 石井 一夫
  • Organizer: 日本技術士会生物工学部会 2023年度業績発表会
• [Presentation] 卵致死形質を引き起こすカイコ発育遅延D遺 伝子の同定 (2023)
  • Author(s): 白田 乃々香、横山 岳、伊藤 克彦
  • Organizer: 第8回蚕糸・昆虫機能利用関東地区学術講演会
• [Presentation] カイコNRF6ファミリーの遺伝子発現および機能 解析 (2023)
  • Author(s): 諫早向日葵，横山岳，伊藤克彦.
  • Organizer: 第8回蚕糸・昆虫機能利用関東地区学術講演会
• [Presentation] World-wide invasion of Popillia japonica reconstructed based on complete mitochondrial genomes and nuclear SNP markers (2023)
  • Author(s): R. Funari, E. Parvizi, C. Boschi, E. Cardaiolli, D. Potter, S-I. Asano, D. Toubarro, M. Meier, F. Paoli, A. Carapelli, A. McGaugharan, F. Frati, F. Nardi
  • Organizer: Society for Molecular Biology & Evolution 2023 congress, in Ferrara
• [Presentation] Expression of Parasitoid Killing Factors using Escherichia coli and baculovirus expression system (2023)
  • Author(s): Taku Onodera, Madoka Nakai
  • Organizer: 2023 International Congress on Invertebrate Pathology and Microbial Control & 55th Annual Meeting of the Society for Invertebrate Pathology
• [Presentation] シロイチモジヨトウにおけるPKF遺伝子の機能解析 (2023)
  • Author(s): 右田陽, 伊藤克彦, 仲井まどか
  • Organizer: 日本応用動物昆虫学会
• [Presentation] アワヨトウ昆虫ポックスウイルスが持つ寄生蜂致死タンパク質の発現方法の検討 (2023)
  • Author(s): 小野寺拓, 仲井まどか
  • Organizer: 日本応用動物昆虫学会
• [Presentation] ゲノム編集によるシロイチモジヨトウ寄生蜂致死因子のノックアウト (2023)
  • Author(s): 右田陽, 伊藤克彦, 仲井まどか
  • Organizer: 日本応用動物昆虫学会
• [Presentation] 核多角体病ウイルスIE-1がカイコ細胞iap1遺伝子の発現に及ぼす影響の調査． (2023)
  • Author(s): 河合祐作, 浜島りな, 池田素子
  • Organizer: 日本蚕糸学会中部支部第78回・東海支部第74回大会（オンライン）
• [Presentation] AcMNPV感染カイコ細胞におけるリボソームRNAの切断部位の同定 (2023)
  • Author(s): 原屋正龍, 池田素子, 浜島りな
  • Organizer: 日本蚕糸学会中部支部第78回・東海支部第74回大会（オンライン）
• [Presentation] サクサン培養細胞における6 種の核多角体病ウイルスの感染性調査 (2023)
  • Author(s): 礒部 詩保, 浜島 りな, 小林 淳, 池田 素子
  • Organizer: 令和5年度蚕糸・昆虫機能利用学術講演会（オンライン）
• [Presentation] NPV のIE-1 がカイコ細胞iap1 遺伝子のmRNA 量に及ぼす影響の調査 (2023)
  • Author(s): 河合祐作, 浜島りな, 池田素子
  • Organizer: 令和5年度蚕糸・昆虫機能利用学術講演会（オンライン）
• [Presentation] カイコ細胞におけるrRNA 分解誘導に関与する核多角体病ウイルスP143 タンパク質の立体構造予測 (2023)
  • Author(s): 浜島りな, 原屋正龍, 池田素子
  • Organizer: 令和5年度蚕糸・昆虫機能利用学術講演会（オンライン）
• [Presentation] AcMNPV 感染カイコ細胞において認められるリボソームRNA 分解断片の解析． (2023)
  • Author(s): 原屋正龍, 池田素子, 浜島りな
  • Organizer: 令和5年度蚕糸・昆虫機能利用学術講演会（オンライン）
• [Presentation] 気象データをもちいた気候変動にともなう野菜の収穫量の影響調査, (2023)
  • Author(s): 石井一夫, 傘木 廉
  • Organizer: 日本農業気象学会2023年全国大会
• [Presentation] Investigation of methods for expression of parasitoid killing factor (2022)
  • Author(s): Taku Onodera, Madoka Nakai
  • Organizer: Society for Invertebrate Pathology
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 灌流微小クロットモデルの開発とそれを用いた線溶反応の解析 (2022)
  • Author(s): 松尾玲奈, 井上祐樹, 柳澤貫太, 鈴木絵里子, 蓮見惠司
  • Organizer: 日本血栓止血学会
• [Presentation] 脂肪組織におけるカテコールアミン依存的IL-6発現誘導測定系の構築 (2022)
  • Author(s): 五郎川祐貴, 蓮見惠司, 鈴木絵里子
  • Organizer: 日本生化学会大会
• [Presentation] 可溶性エポキシドヒドロラーゼN末端ホスファターゼの新規基質の酵素活性制御機能 (2022)
  • Author(s): 土井萌乃, 桑原仁美, 設楽大季, 松村信, 信太綾乃, 五郎川祐貴, 蓮見惠司, 鈴木絵里子
  • Organizer: 日本生化学会大会
• [Presentation] 有効積算温度と野菜の収穫量との関連性調査 (2022)
  • Author(s): 傘木 廉, 石井 一夫
  • Organizer: 日本計算機統計学会第36回シンポジウム（ハイブリッド）
• [Presentation] アスコウイルス感染虫体液は寄生蜂細胞をアポトーシスにより致死させる (2021)
  • Author(s): 川畑 美桜 、渡邊 和代、井上 真 紀 、 仲井 まどか
  • Organizer: 日本応用動物昆虫学会
• [Book] Biotechnology for Silkworm Crop Enhancement (Chapter: Engineered Disease Resistance Silkworm Using Genome Editing) (2024)
  • Author(s): Katsuhiko Ito, Pooja Makwana, Kamidi Rahul.
  • Total Pages: 314
  • Publisher: Springer Nature
  • ISBN: 9789819750603
• [Remarks] 昆虫ウイルスと寄生蜂の競争関係は？
  • URL: https://web.tuat.ac.jp/~biological-control/?page=Virus%20vs%20Parasitoid
• [Funded Workshop] International congress of entomology, Symposim: Adaptive strategies of natural enemies including viruses and parasitoids interacting with insects (2024)