ホソヘリカメムシ－Burkholderia共生系における共生成立機構の解明

• Project Area: "Matryoshka"-type evolution of eukaryotes
• Project/Area Number: 26117732
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Biological Sciences
• Research Institution: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology
• Principal Investigator: 菊池 義智 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 生物プロセス研究部門, 主任研究員 (30571864)
• Project Period (FY): 2014-04-01 – 2016-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2015)
• Budget Amount: ¥5,980,000 (Direct Cost: ¥4,600,000、Indirect Cost: ¥1,380,000); Fiscal Year 2015: ¥2,990,000 (Direct Cost: ¥2,300,000、Indirect Cost: ¥690,000); Fiscal Year 2014: ¥2,990,000 (Direct Cost: ¥2,300,000、Indirect Cost: ¥690,000)
• Keywords: 昆虫 / 微生物 / 共生 / 進化

Outline of Annual Research Achievements

Omics解析で明らかになった「共生器官に高発現する遺伝子」が、必ずしも共生成立において重要な役割を果たしているとは限らない。共生関連遺伝子の同定のためには、機能解析を行い検証する必要がある。本研究では、ホソヘリカメムシ-Burkholderiaモデル共生系を対象に、共生器官で発現する遺伝子を網羅的に調査し、発現遺伝子のRNAiスクリーニングおよび総合的な機能解析を行い、宿主ー共生細菌間相互作用に関わる宿主側の重要遺伝子を網羅的に同定することを目標に研究を行った。
前年度はホソヘリカメムシ共生器官において高発現している新規分泌タンパク質（システインリッチタンパク質）をターゲットに絞り、その発現パターンの調査やRNAi、組み換えタンパク質を用いたin vitro条件における機能解析を行った。今年度は主要なシステインリッチタンパク質や共生器官で高発現する消化酵素（カテプシン等）についてRNAiを試みたが明確な影響を検出することはできなかった。前年度までの研究によってin vitroとin vivoにおけるBurkholderia共生細菌の形状が異なる（共生時に菌体サイズが縮小し球状になる）ことが明らかとなっていたことから、本年はこれまでに得られていた共生細菌のRNAseqデータを精査し、共生細菌の形態に関わると考えられる遺伝子の抽出を行った。その結果、共生細菌はin vivo条件において細胞分裂関連の遺伝子（ftsZ, ftsI, dnaA, recAなど）が亢進していた一方、細胞壁合成に関わる遺伝子群（mreB, mrdA, mrdBなど）が大幅に発現抑制されていることが明らかとなった。これらの遺伝子の発現動態は、今後宿主の“共生細菌コントロール”因子をRNAiにより解明するための良い指標になると考えられる。

Research Progress Status

27年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

27年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Int'l Joint Research] CNRS(フランス)
• [Int'l Joint Research] 釜山大学(韓国)
• [Journal Article] Insecticide applications to soil contribute to the development of Burkholderia mediating insecticide resistance in stinkbugs (2015)
  • Author(s): Kanako Tago, Yoshitomo Kikuchi, Sinji Nakaoka, Chie Katsuyama, Masahito Hayatsu
  • Journal Title: Molecular ecology Volume: 24 Issue: 14 Pages: 3766-3778
  • DOI: 10.1111/mec.13265
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Ultrabithorax is essential for bacteriocyte development (2015)
  • Author(s): Yu Matsuura, Yoshitomo Kikuchi, Toru Miura, Takema Fukatsu
  • Journal Title: Proceedings of the National Academy of Sciences of U.S.A. Volume: 112 Issue: 30 Pages: 9376-9381
  • DOI: 10.1073/pnas.1503371112
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Bacterial cell motility ofBurkholderia gut symbiont is required to colonize the insect gut (2015)
  • Author(s): Jun Beom Lee, Jin Hee Byeon, Ho Am Jang, Jiyeun Kate Kim, Jin Wook Yoo, Yoshitomo Kikuchi, Bok Luel Lee
  • Journal Title: FEBS letters Volume: 589 Issue: 19PartB Pages: 2784-2790
  • DOI: 10.1016/j.febslet.2015.08.022
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Insect’s intestinal organ for symbiont sorting (2015)
  • Author(s): Tsubasa Ohbayashi, Kazutaka Takeshita, Wataru Kitagawa, Naruo Nikoh, Ryuichi Koga, Xian-Ying Meng, Kanako Tago, Tomoyuki Hori, Masahito Hayatsu, Kozo Asano, Yoichi Kamagata, Bok Luel Lee, Takema Fukatsu, Yoshitomo Kikuchi
  • Journal Title: Proceedings of the National Academy of Sciences of U.S.A. Volume: 112 Issue: 37
  • DOI: 10.1073/pnas.1511454112
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Evolutionary transition in symbiotic syndromes enabled diversification of phytophagous insects on an imbalanced diet (2015)
  • Author(s): Sailendharan Sudakaran, Franziska Retz, Yoshitomo Kikuchi, Christian Kost, Martin Kaltenpoth
  • Journal Title: The ISME journal Volume: 9 Issue: 12 Pages: 2587-2604
  • DOI: 10.1038/ismej.2015.75
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Burkholderia of Plant-Beneficial Group are Symbiotically Associated with Bordered Plant Bugs (Heteroptera: Pyrrhocoroidea: Largidae) (2015)
  • Author(s): Kazutaka Takeshita, Yu Matsuura, Hideomi Itoh, Ronald Navarro, Tomoyuki Hori, Teruo Sone, Yoichi Kamagata, Peter Mergaert, Yoshitomo Kikuchi
  • Journal Title: Microbes and Environments Volume: 30 Issue: 4 Pages: 321-329
  • DOI: 10.1264/jsme2.me15153
  • NAID: 130005116033
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Ultra-high-sensitivity stable-isotope probing of rRNA by high-throughput sequencing of isopycnic centrifugation gradients (2015)
  • Author(s): 青柳 智、花田 智、伊藤 英臣、佐藤 由也、尾形 敦、Michael W. Friedrich、菊池 義智、堀 知行
  • Journal Title: ENVIRONMENTAL MICROBIOLOGY REPORTS Volume: 7 Issue: 2 Pages: 282-287
  • DOI: 10.1111/1758-2229.12243
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Infection prevalence of Sodalis symbionts among stinkbugs. (2015)
  • Author(s): Hosokawa T., Kaiwa N., Matsuura Y., Kikuchi Y., Fukatsu T.
  • Journal Title: Zoological Letters Volume: １ Issue: 1 Pages: 1-7
  • DOI: 10.1186/s40851-014-0009-5
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Insecticide-Degrading <i>Burkholderia</i> Symbionts of the Stinkbug Naturally Occupy Various Environments of Sugarcane Fields in a Southeast Island of Japan (2015)
  • Author(s): Kanako Tago, Takashi Okubo, Hideomi Itoh, Yoshitomo Kikuchi, Tomoyuki Hori, Yuya Sato, Atsushi Nagayama, Kentaro Hayashi, Seishi Ikeda, Masahito Hayatsu
  • Journal Title: Microbes and Environments Volume: 30 Issue: 1 Pages: 29-36
  • DOI: 10.1264/jsme2.ME14124
  • NAID: 130005061723
  • ISSN: 1342-6311, 1347-4405
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] A Fine-Scale Phylogenetic Analysis of Free-Living <i>Burkholderia</i> Species in Sugarcane Field Soil (2014)
  • Author(s): Kanako Tago, Hideomi Itoh, Yoshitomo Kikuchi, Tomoyuki Hori, Yuya Sato, Atsushi Nagayama, Takashi Okubo, Ronald Navarro, Tomo Aoyagi, Kentaro Hayashi, Masahito Hayatsu
  • Journal Title: Microbes and Environments Volume: 29 Issue: 4 Pages: 434-437
  • DOI: 10.1264/jsme2.ME14122
  • NAID: 130004703873
  • ISSN: 1342-6311, 1347-4405
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Whole-genome sequence of Burkholderia sp. strain RPE67, a bacterial gut symbiont of the bean bug Riptortus pedestris (2014)
  • Author(s): Takeshita K., Shibata T. F., Nikoh N., Yamaguchi K., Nishiyama T., Hasebe M., Fukatsu T., Shigenobu S., Kikuchi Y.
  • Journal Title: Genome Announcements Volume: 2(3) Issue: 3
  • DOI: 10.1128/genomea.00556-14
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Evidence of environmental and vertical transmission of Burkholderia symbionts in the oriental chinch bug, Cavelerius saccharivorus (Heteroptera: Blissidae) (2014)
  • Author(s): Itoh, H., Aita, M., Nagayama, A., Meng, X. Y., Kamagata, Y., Navarro, R., Hori, T., Ohgiya, S., and Kikuchi, Y.
  • Journal Title: Applied and Environmental Microbiology Volume: 80 Issue: 19 Pages: 5974-5983
  • DOI: 10.1128/aem.01087-14
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Bacterial population succession and adaptation affected by insecticide application and soil spraying history (2014)
  • Author(s): Itoh H, Navarro R, Takeshita K, Tago K, Hayatsu M, Hori T, *Kikuchi Y
  • Journal Title: Front Microbiol Volume: 5 Pages: 457-457
  • DOI: 10.3389/fmicb.2014.00457
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Live imaging of symbiosis: spatiotemporal infection dynamics of a GFP‐labelled Burkholderia symbiont in the bean bug Riptortus pedestris (2014)
  • Author(s): Yoshitomo Kikuchi, Takema Fukatsu
  • Journal Title: Molecular ecology Volume: 23 Issue: 6 Pages: 1445-1456
  • DOI: 10.1111/mec.12479
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] Evolutionary innovation through symbiotic association with microorganisms (2016)
  • Author(s): 菊池義智
  • Organizer: 日本昆虫学会・日本応用動物昆虫学会合同大会
  • Place of Presentation: 大阪府立大学（大阪府堺市）
  • Year and Date: 2016-03-27
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Mutualistic endosymbiosis in insects: its diversity and molecular basis (2016)
  • Author(s): 菊池義智
  • Organizer: 第89回日本細菌学会総会
  • Place of Presentation: 大阪国際交流センター（大阪府大阪市）
  • Year and Date: 2016-03-24
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] 共生微生物による昆虫の農薬抵抗性進化 (2015)
  • Author(s): 菊池義智
  • Organizer: 菌根研究会2015年大会
  • Place of Presentation: とかちプラザ（北海道帯広市）
  • Year and Date: 2015-10-31
  • Invited
• [Presentation] Symbiont mechanisms for stabilizing an insect-microbe symbiosis with horizontal transmission (2015)
  • Author(s): 菊池義智
  • Organizer: 8th Congress of the International Symbiosis Society
  • Place of Presentation: University of Lisbon（リスボン、ポルトガル）
  • Year and Date: 2015-07-12
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] カメムシに殺虫剤抵抗性を賦与するBurkholderia共生細菌 (2015)
  • Author(s): 菊池義智
  • Organizer: 日本生物地理学会第70回年次大会
  • Place of Presentation: 立教大学（東京都豊島区）
  • Year and Date: 2015-04-12
  • Invited
• [Presentation] ホソヘリカメムシとBurkholderiaの腸内共生はどれくらい特異的なのか？ (2015)
  • Author(s): 伊藤英臣、西郁美、菊池義智
  • Organizer: 第59回日本応用動物昆虫学会
  • Place of Presentation: 山形大学
  • Year and Date: 2015-03-27
• [Presentation] カメムシとBurkholderiaの内部共生：その多様性と進化 (2015)
  • Author(s): 菊池義智
  • Organizer: 菌類内生細菌情報交換会
  • Place of Presentation: 茨城大学
  • Year and Date: 2015-03-10
  • Invited
• [Presentation] 昆虫の大繁栄を支える共生微生物 (2015)
  • Author(s): 菊池義智
  • Organizer: 農学会・日本農学アカデミー共同主催公開シンポジウム
  • Place of Presentation: 東京大学
  • Year and Date: 2015-03-07
  • Invited
• [Presentation] ホソヘリカメムシにみる昆虫腸内共生の遺伝的基盤 (2014)
  • Author(s): 菊池義智
  • Organizer: 第11回昆虫病理研究会
  • Place of Presentation: 人材開発センター富士研修所
  • Year and Date: 2014-09-18
• [Presentation] Gut morphogenesis stimulated by symbiotic bacteria in the bean bug Riptortus pedestris (2014)
  • Author(s): Yoshitomo Kikuchi, Bok-Luel Lee, Takema Fukatsu
  • Organizer: ISME15
  • Place of Presentation: ソウル（韓国）
  • Year and Date: 2014-08-24 – 2014-08-29
• [Remarks] 菊池研究室
  • URL: https://staff.aist.go.jp/y-kikuchi/index.html