2018 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)
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)
二河 成男 放送大学, 教養学部, 教授 (70364916)
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)
松浦 優 琉球大学, 熱帯生物圏研究センター, 助教 (80723824)
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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：チャバネアオカメムシを主たるモデル系として研究遂行するとともに、他種カメムシ類（今年度は特にツチカメムシ類およびキンカメムシ類）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。中でも特異な共生細菌叢を呈することが示唆された宮古島で重点的に調査を実施し、他の島嶼にも探索範囲を拡大した。
・共生能力と共生関連表現型の相関進化解析：共生と揺らぎ応答の関係について検討していくために必須の基礎データとして、日本本土のチャバネアオカメムシで広範に見られる共生細菌A感染虫について、正常な後胚発生過程における中腸共生器官の形態形成および発達過程、そして共生細菌の感染過程、個体群動態、局在推移などについて徹底的な記載を実施した。
・共生細菌と宿主昆虫免疫系の関係：共生細菌が宿主昆虫の免疫系による排除を受けずに安定に維持される機構は、共生関係を理解する上で重要であるが未解明の問題である。そこでチャバネアオカメムシの Toll経路及びImd経路を解明し、その活性化やRNAiによる抑制が共生細菌感染に与える影響を調べた。
・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検討を継続して遂行した。また、その他の研究成果として、セミ類における環境中の寄生菌から共生菌の進化の解明；各種半翅目昆虫の新規共生細菌の解明及びゲノム解析；カメムシその他昆虫の形態や色彩の計測解析ソフトウェアの開発などを実施した。
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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ている。本年度は、共生可能性進化実験モデルの探索および確立；共生可能細菌群のさらなる探索、分離、解析；正常後胚発生過程における中腸共生器官の形態形成および共生細菌の感染過程の徹底的な記載；宿主免疫系と共生細菌の相互作用の解析；カメムシ表現型計測評価のプラットフォーム確立；その他の成果が得られており、研究は順調に進展しているものと判断した。
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| Strategy for Future Research Activity |
来年度は研究計画3年目であるが、計画通り着実に研究を進める。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。
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[Journal Article] Genome sequence of “Candidatus Serratia symbiotica” strain IS, facultative bacterial symbiont of the pea aphid Acyrthosiphon pisum.2019
Author(s)
Nikoh, N., Koga, R., Oshima, K., Hattori, M., Fukatsu, T.
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Journal Title
Microbiology Resource Announcements
Volume: 8
Pages: 00272-19
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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[Journal Article] Functional crosstalk across IMD and Toll pathways: insight into the evolution of incomplete immune cascades.2019
Author(s)
Nishide, Y., Kageyama, D., Yokoi, K., Tanaka, H., Futahashi, R., Fukatsu T.
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Journal Title
Proceedings of the Royal Society B
Volume: 286
Pages: 20182207
DOI
Peer Reviewed
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[Journal Article] Recurrent symbiont recruitment from fungal parasites in cicadas.2018
Author(s)
Matsuura, Y., Moriyama, M., Lukasik, P., Vanderpool, D., Tanahashi, M., Meng, X. Y., McCutcheon, J. P., Fukatsu T.
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Journal Title
Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America
Volume: 115
Pages: E5970-E5979
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Genomic insight into symbiosis-induced insect color change by a facultative endosymbiont “Candidatus Rickettsiella viridis”.2018
Author(s)
Nikoh, N., Tsuchida, T., Maeda, T., Yamaguchi, K., Shigenobu, S., Koga, R., Fukatsu T.
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Journal Title
mBio
Volume: 9
Pages: e00890-18
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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