Integration of biological systems through symbiosis: insights from aphid=Buchnera endosymbiosis

• Project/Area Number: 25291083
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Partial Multi-year Fund
• Section: 一般
• Research Field: Evolutionary biology
• Research Institution: National Institute for Basic Biology
• Principal Investigator: SHIGENOBU Shuji 基礎生物学研究所, 生物機能解析センター, 特任准教授 (30399555)
• Research Collaborator: Stern David L. HHMI Janelia Research Campus ; Aishwarya Korgaonkar HHMI Janelia Research Campus ; Betzig Eric HHMI Janelia Research Campus ; Li Wei-Ping HHMI Janelia Research Campus ; Rivlin Pat HHMI Janelia Research Campus ; Mergaert Peter CNRS ; UCHIUMI Toshiki 鹿児島大学
• Project Period (FY): 2013-04-01 – 2016-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2016)
• Budget Amount: ¥17,680,000 (Direct Cost: ¥13,600,000、Indirect Cost: ¥4,080,000); Fiscal Year 2015: ¥5,070,000 (Direct Cost: ¥3,900,000、Indirect Cost: ¥1,170,000); Fiscal Year 2014: ¥5,980,000 (Direct Cost: ¥4,600,000、Indirect Cost: ¥1,380,000); Fiscal Year 2013: ¥6,630,000 (Direct Cost: ¥5,100,000、Indirect Cost: ¥1,530,000)
• Keywords: 共生 / アブラムシ / 進化 / 抗菌ペプチド

Outline of Final Research Achievements

A key question in symbiosis studies is how multiple organisms are integrated in a well-organized system through symbiosis. I used aphid-Buchnera symbiosis as a model to address this issue at molecular level. I focus on BCR peptides that are aphid lineage-specific secretion peptides I have discovered in the pea aphid genome. I found that these BCRs are expressed strongly and exclusively in the symbiotic organ called bacteriocytes. Our imaging data indicated that these peptides are secreted and then targeted to the endosymbionts. I also found BCRs have antimicrobial effects on E. coli and some other bacteria. Recently, antimicrobial peptide (AMP)-like peptides have been reported to function in the context of mutualism in other symbiotic systems such as Medicago-Rizobium symbiosis. AMP-like molecule such as BCRs should be a key to understand the principle in the symbiosis evolution.

Research Products

• [Int'l Joint Research] HHMI Janelia Research Campus(米国)
• [Int'l Joint Research] CNRS(フランス)
• [Journal Article] Metabolic integration of bacterial endosymbionts through antimicrobial peptides (2017)
  • Author(s): Peter Mergaert, Yoshitomo Kikuchi, Shuji Shigenobu, Eva Nowack
  • Journal Title: Trends in Microbiology Volume: in press
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Presentation] Aphids evolved novel AMP-like genes for symbiosis with bacterial endosymbiont symbiosis (2016)
  • Author(s): Shuji Shigenobu
  • Organizer: AMP2016
  • Place of Presentation: Montpellier, France
  • Year and Date: 2016-06-06
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] NGS時代の昆虫研究 (2016)
  • Author(s): 重信秀治
  • Organizer: 東京農業大学生物資源ゲノム解析拠点シンポジウム
  • Place of Presentation: 東京都世田谷区（東京農大）
• [Presentation] モデル生物としてのアブラムシ： 5年間の研究リソース開発と今後の課題 (2015)
  • Author(s): 重信秀治
  • Organizer: 日本アブラムシ研究会第5回研究集会
  • Place of Presentation: 愛知県岡崎市（岡崎コンファレンスセンター）
  • Year and Date: 2015-08-07
• [Presentation] 共生をゲノムから理解する (2015)
  • Author(s): 重信秀治
  • Organizer: 第16回静岡ライフサイエンスシンポジウム
  • Place of Presentation: 静岡大学（静岡県・静岡）
  • Year and Date: 2015-03-07
  • Invited
• [Presentation] NGS時代の昆虫研究： シンビオゲノミクスとソシオゲノミクス (2015)
  • Author(s): 重信秀治
  • Organizer: 第三回次世代シーケンサーを用いた研究推進のためのデータ解析ワークショップ
  • Place of Presentation: 茨城県つくば市（つくば国際会議場）
• [Presentation] 次世代DNAシーケンシング時代の昆虫研究から：ソシオゲノミクスとシンビオゲノミクス (2014)
  • Author(s): 重信秀治
  • Organizer: 比較内分泌学会若手研究者交流会
  • Place of Presentation: 岡崎コンファレンスセンター（愛知県・岡崎）
  • Year and Date: 2014-11-07
  • Invited
• [Presentation] 次世代シーケンシングが切り拓く「共生ゲノム学」 (2014)
  • Author(s): 重信秀治
  • Organizer: 環境微生物系学会合同大会2014
  • Place of Presentation: アクトシティ浜松（静岡県・浜松）
  • Year and Date: 2014-10-21 – 2014-10-24
  • Invited
• [Presentation] アブラムシのゲノムリソース活用法 (2014)
  • Author(s): 重信秀治
  • Organizer: 日本アブラムシ研究会第4回研究集会
  • Place of Presentation: 岡崎コンファレンスセンター（愛知県・岡崎）
  • Year and Date: 2014-08-08 – 2014-08-09
• [Presentation] Genomic revelations of a mutualism: the pea aphid and its obligate bacterial symbiont (2014)
  • Author(s): Shuji Shigenobu
  • Organizer: Neuroethology Workshop
  • Place of Presentation: 北海道大学（北海道・札幌）
  • Year and Date: 2014-07-27
  • Invited
• [Presentation] Antimicrobial activity of Cysteine-rich peptides in the symbiotic organs both plants and insects (2013)
  • Author(s): 内奈保子, 重信秀治, 九町健一, 阿部美紀子, 東四郎, Peter Mergaert, Eva Kondrosi, 内海俊樹
  • Organizer: 植物微生物研究交流会
  • Place of Presentation: 岡崎コンファレンスセンター（岡崎市）
• [Presentation] Biology of mutualism revealed by genomics: a tale of symbiosis between the pea aphid and the endosymbiont (2013)
  • Author(s): Shuji Shigenobu
  • Organizer: Symposium on Endosymbiosis, Yamaguchi 2013
  • Place of Presentation: 山口大学（山口市）
  • Invited
• [Presentation] アブラムシは共生細菌との細胞内共生のためにシステインリッチタンパク質を進化させた (2013)
  • Author(s): 重信秀治
  • Organizer: 日本分子生物学会 第36回大会
  • Place of Presentation: 神戸国際会議場（神戸市）
  • Invited
• [Presentation] ポスト・ドラフトゲノム研究 -- エンドウヒゲナガアブラムシの例 (2013)
  • Author(s): 重信秀治
  • Organizer: NGS現場の会 第3回研究集会
  • Place of Presentation: 神戸国際会議場（神戸市）
  • Invited
• [Book] 植物と動物に共通の共生細菌制御機構 (2013)
  • Author(s): 内奈保子、内海俊樹、重信秀治
  • Total Pages: 6
  • Publisher: NTS