ハマキガのオスを殺す共生細菌ボルバキアの進化プロセスの解明

• Project/Area Number: 21KK0105
• Research Category: Fund for the Promotion of Joint International Research (Fostering Joint International Research (B))
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Medium-sized Section 39:Agricultural and environmental biology and related fields
• Research Institution: Tokyo University of Agriculture and Technology
• Principal Investigator: 井上 真紀 東京農工大学, (連合)農学研究科(研究院), 教授 (80512590)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 新井 大 国立研究開発法人農業・食品産業技術総合研究機構, 生物機能利用研究部門, JSPS 特別研究員 (00912255) ; 神保 宇嗣 独立行政法人国立科学博物館, 標本資料センター, 副コレクションディレクター (10568281) ; 宮田 真衣 福井大学, 学術研究院工学系部門, 助教 (70946681)
• Project Period (FY): 2021-10-07 – 2025-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2023)
• Budget Amount: ¥18,980,000 (Direct Cost: ¥14,600,000、Indirect Cost: ¥4,380,000); Fiscal Year 2024: ¥4,030,000 (Direct Cost: ¥3,100,000、Indirect Cost: ¥930,000); Fiscal Year 2023: ¥5,720,000 (Direct Cost: ¥4,400,000、Indirect Cost: ¥1,320,000); Fiscal Year 2022: ¥5,850,000 (Direct Cost: ¥4,500,000、Indirect Cost: ¥1,350,000); Fiscal Year 2021: ¥3,380,000 (Direct Cost: ¥2,600,000、Indirect Cost: ¥780,000)
• Keywords: ボルバキア

Outline of Research at the Start

最も有名な細胞内共生微生物のひとつであるボルバキアは、昆虫の40-60%に感染し、産雌性単為生殖、遺伝的オスのメス化、細胞質不和合、オス殺しといった宿主の繁殖操作のほか、宿主メスの適応度を上昇させるような宿主操作を行う。これはボルバキアが経卵巣伝播することから、メスの繁殖成功率を向上させ自身の垂直感染率を上げる戦略と考えられている。申請者らは、非モデル生物であるハマキガ科昆虫－ボルバキア－バクテリオファージ系を用いて、これまでに構築した国際共同研究体制をもとに、ボルバキアの重要な表現型の一つであるオス殺しの進化プロセスの解明を目的する。

Outline of Annual Research Achievements

本研究の目的は、茶樹害虫チャハマキのオスを殺すWolbachia（wHm-t）が、どのような進化プロセスを経てオス殺しに関わるプロファージWO領域を獲得したのか明らかにすることである。2023年度は日本および国外（台湾）で野外調査を実施し、チャハマキおよび近縁種を採集した。WolbachiaおよびファージWOの特異的PCR検出およびゲノム解析から、チャハマキだけでなく近縁種にもwHm-tに近縁なWolbachia株（非オス殺し）が感染していることが明らかになった。あわせて、台湾での野外調査から、地域ごとにチャハマキにおけるwHm-tの感染頻度が大きく異なることが明らかになった。ハマキガ科昆虫におけるWolbachiaの感染状況、オス殺し表現型の獲得プロセスおよびWolbachiaの進化に及ぼすファージの影響については、2本の学術論文として報告した。現在は、引き続き野外調査とゲノム解析をすすめつつ、オス殺しプロファージ領域の起源を調査している。また、科学博物館標本庫にあるチャハマキ類の把握、未整理の標本の検討を進めた。

Current Status of Research Progress

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

Reason

台湾での調査により、オスを殺すWolbachia（wHm-t）とwHm-tに近縁なWolbachia株（非オス殺し）が同時に感染していることが明らかとなり、オス殺しの起源が台湾にあることが示唆された。

Strategy for Future Research Activity

2024年度はより詳細な調査を台湾で実施する。

Research Products

• [Int'l Joint Research] 台湾茶業改良所(中国)
• [Int'l Joint Research] ガジャマダ大学(インドネシア)
• [Int'l Joint Research] カントー大学(ベトナム)
• [Int'l Joint Research] 台湾茶業改良所(その他の国・地域)
• [Int'l Joint Research] ガジャマダ大学(インドネシア)
• [Int'l Joint Research] カントー大学(ベトナム)
• [Int'l Joint Research] 西シドニー大学(オーストラリア)
• [Journal Article] Conserved infections and reproductive phenotypes of <i>Wolbachia</i> symbionts in Asian tortrix moths (2024)
  • Author(s): Arai Hiroshi、Ueda Masatoshi、Hirano Tatsuya、Akizuki Naoya、Lin Shiou‐Ruei、Hanh Duong Kieu、Widada Jaka、Rohman Muhammad Saifur、Nakai Madoka、Kunimi Yasuhisa、Vang Le Van、Wijonarko Arman、Inoue Maki N.
  • Journal Title: Environmental Microbiology Reports Volume: 16 Issue: 1
  • DOI: 10.1111/1758-2229.13219
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [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] Diverse Molecular Mechanisms Underlying Microbe-Inducing Male Killing in the Moth Homona magnanima (2023)
  • Author(s): Arai Hiroshi、Takamatsu Takumi、Lin Shiou-Ruei、Mizutani Tetsuya、Omatsu Tsutomu、Katayama Yukie、Nakai Madoka、Kunimi Yasuhisa、Inoue Maki N.
  • Journal Title: Applied and Environmental Microbiology Volume: 89
  • DOI: 10.1128/aem.02095-22
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Male-killing mechanisms vary between Spiroplasma species. (2022)
  • Author(s): Hiroshi Arai, Maki N. Inoue, Daisuke Kageyama
  • Journal Title: Frontiers in Microbiology Volume: - Pages: 1075199-1075199
  • DOI: 10.3389/fmicb.2022.1075199
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Distinct effects of three Wolbachia strains on fitness and immune traits in Homona magnanima (2022)
  • Author(s): Masatoshi Ueda, Hiroshi Arai, Kazuki Masaike, Madoka Nakai, Maki N. Inoue
  • Journal Title: Heredity Volume: - Issue: 1 Pages: 1-8
  • DOI: 10.1038/s41437-022-00574-6
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Mass-rearing and molecular studies in Tortricidae pest insects (2022)
  • Author(s): Arai H, Ishitsubo Y, Nakai M, Inoue MN
  • Journal Title: Journal of Visualized Experiments Volume: 181 Issue: 181
  • DOI: 10.3791/63737
  • Peer Reviewed / Open Access
• [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
• [Presentation] 細胞質不和合を引き起こすボルバキアに対する宿主応答 (2024)
  • Author(s): 小西楓・高松巧・伊藤克彦・新井大・井上真紀
  • Organizer: 第68回日本応用動物昆虫学会
• [Presentation] Wolbachia-induced male-killing and phage WO: genes, diversity of mechanisms, and evolution (2023)
  • Author(s): Arai H, Katsuma S, Matsuda-Imai N, Sasaki T, Anbutsu T, Wijinarko A, Lin SR, Inoue MN, Kageyama D
  • Organizer: 12th International Wolbachia Conference
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Different infection patterns of the symbiotic microorganism Wolbachia in male and female of Homona magnanima (2023)
  • Author(s): Konishi K, Arai H, Takamatsu T, Ito K, Inoue MN
  • Organizer: 12th International Wolbachia Conference
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Effect of late male-killing viruses infected in Homona magnanima (2023)
  • Author(s): Takamatsu T, Itoh Y, Sigeno R, Chien-Fu W, Kitaura K, Inoue MN
  • Organizer: 12th International Wolbachia Conference
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 共生微生物Wolbachiaのチャハマキ雌雄で異なる感染パターン (2022)
  • Author(s): 小西 楓・井上真紀
  • Organizer: 第79回昆虫病理研究会
• [Presentation] オスゴロシウイルスから産生されるタンパク質の探索 (2022)
  • Author(s): 高松 巧・茂野 稜・伊藤喜之・井上真紀
  • Organizer: 第79回昆虫病理研究会
• [Presentation] スゴロシウイルスの性状解析 (2022)
  • Author(s): 高松巧、伊藤喜之、茂野綾、呉建甫、北浦健太朗、井上真紀
  • Organizer: 第67回日本応用動物昆虫学会
• [Presentation] 共生微生物Wolbachiaのチャハマキ雌雄で異なる感染パターン (2022)
  • Author(s): 小西楓・新井大・高松巧・伊藤克彦・井上真紀
  • Organizer: 第67回日本応用動物昆虫学会
• [Presentation] 異なるWolbachia株間で保存されていたオス殺しに関わるファージWO領域 (2022)
  • Author(s): 新井 大・Arman Wijonarko・Shiou-Ruei Lin・Le Van Vang・佐々木 哲彦・和多田 正義・井上 真紀・陰山 大輔
  • Organizer: 第67回日本応用動物昆虫学会
• [Presentation] 共生微生物Wolbachia のチャハマキ雌雄で異なる感染パター ン (2022)
  • Author(s): 小西 楓・新井 大・伊藤 克彦・井上 真紀
  • Organizer: 第66回日本応用動物昆虫学会
• [Presentation] チャハマキのオスを殺す共生細菌Wolbachia から検出された (2022)
  • Author(s): 新井 大・安佛 尚志・Lin Shiou-Ruei・春本 敏之・井上真紀・陰山 大輔
  • Organizer: 第66回日本応用動物昆虫学会
• [Book] バイオロジカル・コントロール 第2版 (2022)
  • Author(s): 仲井 まどか、日本 典秀
  • Total Pages: 200
  • Publisher: 朝倉書店
  • ISBN: 9784254420463