2017 Fiscal Year Annual Research Report
Evolvability and mechanism of insect-microbe association
| Project Area | Evolutionary theory for constrained and directional diversities |
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| Project/Area Number |
17H06388
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| Research Institution | National Institute of Advanced Industrial Science and Technology |
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Principal Investigator |
深津 武馬 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 生命工学領域, 首席研究員 (00357881)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
重信 秀治 基礎生物学研究所, 生物機能解析センター, 特任准教授 (30399555)
二河 成男 放送大学, 教養学部, 教授 (70364916)
古賀 隆一 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 生命工学領域, 主任研究員 (80356972)
細川 貴弘 九州大学, 理学研究院, 助教 (80722206)
西出 雄大 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, 研究員 (50558096)
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| Project Period (FY) |
2017-06-30 – 2022-03-31
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| Keywords | 共生 / 微生物 / 昆虫 / 進化可能性 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
・共生可能性進化実験モデルの探索および確立： 我々が先行研究で確立したチャバネアオカメムシを主たるモデル系として、共生可能性の機構および進化に関する実験を遂行するとともに、他種カメムシ類やその他の昆虫類も含め、より有望な昆虫―微生物共生系の探索を広範におこなった。
・共生可能細菌群の探索、分離、解析：共生細菌除去幼虫を日本各地の土壌試料に曝露、スクリーニングすることで、環境中の共生可能細菌群を網羅的に探索、分離、同定した。中でも南西諸島の宮古島は共生細菌Cのみが優占する特異な共生細菌叢を呈することが判明し、今後より詳細な解析を行っていくことにした。
・共生能力と共生関連表現型の相関進化解析：異なる細菌間で競争感染実験を実施して、相対共生能力を定量化した。今後、これら異なるレベルの共生能力を示す細菌類について、感染密度、局在、垂直感染率、宿主共生器官の形態や大きさなどの相関、分散、揺らぎを測定し、共生能力と揺らぎ応答の関係について種間レベルで検討の予定である。
・共生可能細菌の実験進化学的解析：共生可能細菌に感染させた昆虫系統を飼育維持し、適応度の高い個体を選抜して体内細菌を次世代に感染させることを継続的に繰り返して進化実験をおこなうための予備実験に着手した。
・その他の研究成果として、ゾウムシ共生細菌による外骨格硬化の解明；ハムシ共生細菌による葉の細胞壁を消化する酵素産生の解明；多様なカメムシ類や甲虫類の新規共生細菌の解明などを実施した。
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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
従来の共生研究はすでに高度に確立された共生関係を対象としてきたが、近年の研究により環境中に特定の宿主生物（例えば半翅目昆虫のカメムシ類など）に潜在的な共生能力を有する自由生活性細菌が普遍的に存在することがわかってきた。本計画研究では、このような「潜在的共生細菌」の全貌を把握するとともに、既知の「必須共生細菌」や「任意共生細菌」と比較解析することにより、共生進化の条件や可能性、さらに共生進化を促進する要因や制約する機構をさぐり、共生進化ダイナミクスの本質的な理解をめざし、今年度は初年度として、前述の通り共生可能性進化実験モデルの探索および確立、共生可能細菌群の探索、分離、解析、共生能力と共生関連表現型の相関進化解析、共生可能細菌の実験進化学的解析について着手し、一定の成果が得られ、本格的な研究推進の準備がととのった。
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| Strategy for Future Research Activity |
来年度は計画研究2年目ということで、共生可能性進化実験モデルの探索および確立、共生可能細菌群の探索、分離、解析、共生能力に関わる分子機構の解析、共生能力と共生関連表現型の相関進化解析、共生可能細菌の実験進化学的解析といった全ての研究要素について、本格的に研究を展開する。特に共生可能性進化実験モデルをチャバネアオカメムシ以外にも広く探索すること、日本中からチャバネアオカメムシへの共生可能環境細菌群をスクリーニングすること、共生可能細菌の実験進化学的解析を本格的に稼働させることに力を入れる。
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[Journal Article] Small genome symbiont underlies cuticle hardness in beetles2017
Author(s)
Anbutsu H., Moriyama M., Nikoh N., Hosokawa T., Futahashi R., Tanahashi M., Meng X. Y., Kuriwada T., Mori N., Oshima K., Hattori M., Fujie M., Satoh N., Maeda T., Shigenobu S., Koga R., Fukatsu T.
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Journal Title
Proc Natl Acad Sci USA
Volume: 114
Pages: E8382-E8391
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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[Journal Article] Drastic genome reduction in an herbivore's pectinolytic symbiont2017
Author(s)
Salem H., Bauer E., Kirsch R., Berasategui A., Cripps M., Weiss B., Koga R., Fukumori K., Vogel H., Fukatsu T., Kaltenpoth M.
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Journal Title
Cell
Volume: 171
Pages: 1520-1531
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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[Journal Article] A novel, extremely elongated, and endocellular bacterial symbiont supports cuticle formation of a grain pest beetle2017
Author(s)
Hirota B., Okude G., Anbutsu H., Futahashi R., Moriyama M., Meng X. Y., Nikoh N., Koga R., Fukatsu T.
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Journal Title
mBio
Volume: 8
Pages: e01482-17
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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