Molecular ecology of reproductive isolation in fungi from the perspective of reproductive interference by endofungal bacteria

• Project/Area Number: 22KJ3218
• Project/Area Number (Other): 20J00505 (2020-2022)
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Multi-year Fund (2023); Single-year Grants (2020-2022)
• Section: 国内
• Review Section: Basic Section 45040:Ecology and environment-related
• Research Institution: National Agriculture and Food Research Organization (2023); University of Tsukuba (2020-2022)
• Principal Investigator: 高島 勇介 国立研究開発法人農業・食品産業技術総合研究機構, 遺伝資源研究センター, 研究員
• Project Period (FY): 2023-03-08 – 2024-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2023)
• Budget Amount: ¥4,810,000 (Direct Cost: ¥3,700,000、Indirect Cost: ¥1,110,000); Fiscal Year 2023: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000); 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: 細胞内共生 / 有性生殖 / β-カロテン / 菌類ゲノム / バクテリアゲノム / Mortierella / 集団遺伝学 / Simple Sequence Repeat

Outline of Research at the Start

本研究では，菌類の遺伝的多様性および生殖隔離に菌類内生細菌が及ぼす影響を明らかにするため，有性生殖が内生細菌により阻害されるMortierella sugadairanaおよび近縁種を対象とし，内生細菌保有の有無に関連する宿主菌類の遺伝子変異の特定を目指す．これまでに行った内生細菌のゲノム解析より，宿主菌類の有性生殖阻害を示す細菌がカロテン合成関連遺伝子を持つことを見出した．内生細菌によるカロテン合成は宿主の生殖フェロモン生産に関わる可能性があるため，ゲノム情報を用いた集団遺伝構造解析を行うとともに内生細菌保有の有無に関連して宿主側のカロテン合成関連遺伝子に変異が生じていないかを検証する．

Outline of Annual Research Achievements

本研究は，有性生殖を阻害する内生細菌保有の有無に関連する宿主菌類の遺伝子変異の特定を目指している．昨年度は参照菌類ゲノムに対して，ショートリードをマッピングし，宿主菌類の遺伝子変異の探索を検討したが，同種または近縁種であると想定していた分離株から得られたショートリードの参照菌類ゲノムへのマッピング率が低かったことから断念した．本年度は，異なるアプローチとして，細菌保有株および非保有株の菌類ゲノムを対象に比較ゲノム解析を行い，特に菌類側のカロテン合成関連遺伝子について内生細菌の有無に関連した遺伝子変異の検出を目指した．細菌保有株の菌類ゲノム構築のため，カロテン合成関連遺伝子が確認されているBurkholderiaceae sp. YTM39s3EBに近縁な内生細菌を保有する8菌株についてナノポアシーケンスを行った．得られたナノポアロングリードおよび昨年度取得したショートリードを用いて，Masurcaによるハイブリットアセンブリまたはその過程で得られるショートリードにより校正されたロングリードを用いたmetaflyeによるアセンブリを行うことにより，菌類ゲノムの構築を行った．その結果，計8菌株について20-26コンティグ（約42-45 Mbp）からなる菌類ゲノム配列が得られた．また，解析した8菌株中7菌株について，metaflyeを用いたアセンブリ結果より，環状の完全長バクテリアゲノムと推定されるコンティグが，宿主菌類リードの除去といった工程を経ずに構築することができた．本年度は所属変更に伴う研究・解析環境の構築および研究材料を現所属へ寄託する手続きに時間を要したことから細菌非保有株の菌類ゲノム構築はできなかった．しかし，難易度が高い内生細菌保有株の菌類ゲノムが構築できたことから，内生細菌保有の有無に関連した宿主菌類の分子生態学的な比較を行う研究基盤が構築できたと考えている．

Research Products

• [Journal Article] Whole-Genome Sequence of Entomortierella parvispora E1425, a Mucoromycotan Fungus Associated with Burkholderiaceae-Related Endosymbiotic Bacteria (2022)
  • Author(s): Herlambang Afri、Guo Yong、Takashima Yusuke、Narisawa Kazuhiko、Ohta Hiroyuki、Nishizawa Tomoyasu
  • Journal Title: Microbiology Resource Announcements Volume: 11 Issue: 1 Pages: 13-13
  • DOI: 10.1128/mra.01101-21
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] 糸状菌に内生する細菌の縮小化ゲノムの特徴 (2021)
  • Author(s): 郭永，高島勇介，西澤智康
  • Journal Title: バイオサイエンスとインダストリー（Ｂ＆Ｉ） Volume: 79 Pages: 121-123
  • NAID: 40022533238
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Aposymbiosis of a <i>Burkholderiaceae</i>-Related Endobacterium Impacts on Sexual Reproduction of Its Fungal Host (2020)
  • Author(s): Takashima Yusuke、Degawa Yousuke、Nishizawa Tomoyasu、Ohta Hiroyuki、Narisawa Kazuhiko
  • Journal Title: Microbes and Environments Volume: 35 Issue: 2 Pages: n/a
  • DOI: 10.1264/jsme2.ME19167
  • NAID: 130007831730
  • ISSN: 1342-6311, 1347-4405
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Mycoavidus sp. Strain B2-EB: Comparative Genomics Reveals Minimal Genomic Features Required by a Cultivable Burkholderiaceae-Related Endofungal Bacterium (2020)
  • Author(s): Guo Yong、Takashima Yusuke、Sato Yoshinori、Narisawa Kazuhiko、Ohta Hiroyuki、Nishizawa Tomoyasu
  • Journal Title: Applied and Environmental Microbiology Volume: 86 Issue: 18 Pages: 18-20
  • DOI: 10.1128/aem.01018-20
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 高温性ケカビ目菌類を宿主とする細胞内共生細菌の検出および分離培養 (2022)
  • Author(s): 高島勇介，大橋美紗希，出川洋介，廣田充，阿部淳一ピーター，萩原大祐，矢口貴志
  • Organizer: 日本菌学会第 66 回大会
• [Presentation] Mortierella sugadairana に細胞内共生するBurkholderiaceae未記載種のゲノム解析 (2022)
  • Author(s): 高島勇介，郭永，吉橋佑馬，出川洋介，西澤智康，成澤才彦，津田吉晃
  • Organizer: 日本微生物生態学会第35回大会
• [Presentation] 糸状菌細胞に内生する細菌の微生物相互作用 (2021)
  • Author(s): 西澤智康，郭永，高島勇介
  • Organizer: 第94回日本細菌学会総会
• [Book] Investigating endobacteria that thrive within Mucoromycota. In: Microbial Environmental Genomics (MEG), Methods in Molecular Biology, vol. 2605 (2022)
  • Author(s): Alessandro Desiro, Yusuke Takashima, Gregory Bonito, Tomoyasu Nishizawa, Kazuhiko Narisawa, Paola Bonfante
  • Total Pages: 365
  • Publisher: Humana New York, NY
  • ISBN: 9781071628706
• [Remarks] Researchmap 高島勇介
  • URL: https://researchmap.jp/ytakamor