| Project/Area Number |
22K05648
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 39040:Plant protection science-related
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| Research Institution | Shizuoka University |
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Principal Investigator |
田上 陽介 静岡大学, 農学部, 准教授 (60426476)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
杉本 貴史 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, 契約研究員 (20726707)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2024: ¥520,000 (Direct Cost: ¥400,000、Indirect Cost: ¥120,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,950,000 (Direct Cost: ¥1,500,000、Indirect Cost: ¥450,000)
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| Keywords | 寄生蜂 / 産雌性単為生殖 / 共生細菌 |
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| Outline of Research at the Start |
農業現場では、減農薬・有機農業取組みの急加速が求められている。生物農薬、中でも害虫の卵や若齢幼虫を駆除する寄生蜂は、農作物の商用生産に適した特性を有し、汎用化に向けた利便性向上・コスト削減が希求される。研究代表者らは 細胞内共生細菌による生殖操作の活用が課題克服に有効と考え、研究基盤整備を進めてきた。本研究課題では細胞内共生細菌による生殖操作（産雌単為生殖化）への関与が想定される３つの現象からのアプローチを中心に共生細菌-寄生蜂間相互作用の全貌に迫る。また、遺伝子機能解析技術を活用し、人為的TP誘導にチャレンジする。これらの研究を通じ、画期的新規生物農薬開発の道筋を示す。
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| Outline of Annual Research Achievements |
生物農薬の中でも特に有効な寄生蜂は、その汎用化に向けた利便性向上やコスト削減が希求される。このような状況において、特に共生細菌により宿主寄生蜂の単為生殖化誘導という現象はその応用が特に優れたツールとなると考えられる。そこで本研究は共生細菌による生殖操作（単為生殖による全メス化：Thelytokous Parthenogenesis：TP）の活用に向けて人為的誘導の研究基盤の整備を目的としている。
①寄生蜂の性決定機構の推測 寄生蜂の性決定機構には様々な説があり、種によって異なると考えられている。なかでも2段階操作仮説というのが近年提唱されており、産卵された卵が単数体から2倍体になり、さらにメス化が働くことでメスになるという機構である。まず、他の昆虫でも見られ普遍的に保存されている性決定遺伝子を寄生蜂から網羅的に探索し、性決定カスケードを探索した。次に、性決定遺伝子の発現について受精卵、未受精卵、精巣で発現調査しwom遺伝子が受精卵と精巣のみで発現し、最下流遺伝子dsxのスプライシングパターンはオスとメスとで異なっていた。以上のことから性決定相同遺伝子は機能しており、予測されたカスケードと一致していると推測された。
②ゲノムの刷り込みによるメス化の検証 寄生蜂の性決定機構にゲノムのメチル化が関わっているとされており、Wolbachiaがゲノム刷り込みに関わっているか検証した。その結果Wolbachiaは雌親によるwomへのゲノム刷り込みを解除か阻害することでメス化を誘導していることが示唆された。
③染色体倍化に関わる遺伝子の探索 WolbachiaにはTP誘導以外にも様々な生殖操作を行っており、共通していると思われる因子としてcif遺伝子があるためTP誘導にも関与しているかcif遺伝子の探索を行った結果相同な遺伝子を複数種の寄生蜂で確認できた。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
タマゴコバチの飼育・増殖は行えており、寄生蜂のサイズが極端に小さく、また大量に集めることが難しいため、時間をかけてではあるが順調に採集に取り組むことができ、実験を行っている。性決定機構解析については、重要となる遺伝子のスクリーニングはおおむね終了しており、さらに定量的な発現解析や、機能解析を進める準備ができている。
他の寄生蜂についても飼育は順調で、実験を行う基礎的な準備は整っている。
この研究では①寄生蜂の性決定遺伝子の探索と性決定カスケードの推測を行い、②Wolbachiaによるゲノム刷り込みの検証により寄生蜂のメス化メカニズムの推測を行う。さらに③2倍体化因子の候補探索を行った。Wolbachiaには細胞質不和合やオス殺しなどのTP誘導以外の生殖操作が知られており、それらの誘導因子としてcif遺伝子が関わっているとされている。そこで、cif遺伝子について探索を行った結果相同性の高い遺伝子を検出することができた。この結果と他の生殖操作を行うWolbachiaの特徴とを含み考察するとWolbachiaは宿主ユビキチンシステムへの干渉が行われている可能性が示唆された。これらの成果をもとに性決定カスケードの解明、重要遺伝子の働きの解明、メチル化および2倍体化の調査を行う準備は整っている。
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| Strategy for Future Research Activity |
来年度は最終年度となるため、これまでの研究をさらに推し進め、以下のような研究を行うことでこの課題をまとめる。
① 性決定に関わる遺伝子カスケードを明らかにするうえで寄生蜂の種類による違いを明らかにすることは重要であり、全ゲノム解析を行うことで網羅的な探索が可能となる。研究対象としている寄生蜂のうちいまだ全ゲノムが明らかとなっていない、タマゴコバチとヒメコバチについては全ゲノムの解析を進めている。得られたデータを解析することで、3種に共通する遺伝子、特徴的な遺伝子を詳細に明らかするよう計画している。
② 得られた重要と考えられる遺伝子、特にwomについてRNAiやCRISPRによる機能解析を行う。さらに性決定に関わると考えられる寄生蜂側の遺伝子、共生細菌側の遺伝子を対象とすることでそれら遺伝子の働きを明らかにすることを計画している。
③ メチル化改変が集中するゲノム領域に座上する遺伝子配列のスクリーニングを行う。これにより共生細菌が持つエピゲノム改変能が宿主にどういった機能を持つ遺伝子、に、どのように働きかけるのかを明らかにする。
④ 2倍体化のメカニズムについてはタマゴコバチに感染し、産雌性単為生殖化しているWolbachiaの持つcif遺伝子は他の生殖操作においても、宿主のプロテアソーム系に作用している可能性が見られた。また、対象としている寄生蜂にはRickettsiaに感染している種も含まれており、cifと相同性のある遺伝子が存在する可能性もあり、検証する。また、2倍体化のタイミングについてはこれまでに明らかになった2倍体化に関わると思われる候補遺伝子の探索を発生ステージごとに発現遺伝子の解析により行う。2倍体化にユビキチンシステムへの干渉が関わっている可能性もあり、検証を行う。以上をまとめ性決定メカニズムの概略を明らかにする。
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