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2017 Fiscal Year Annual Research Report

Adaptive diversification of bruchinae seed beetles to poisonous chemical substances in leguminosae: genetic diversity of detoxifying mechanism and utilizing dry seeds.

Research Project

Project/Area Number 17H04612
Research InstitutionThe University of Tokyo

Principal Investigator

嶋田 正和  東京大学, 大学院総合文化研究科, 教授 (40178950)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 藤井 義晴  東京農工大学, (連合)農学研究科(研究院), 卓越教授 (10354101)
徳永 幸彦  筑波大学, 生命環境系, 准教授 (90237074)
津田 みどり  九州大学, 農学研究院, 准教授 (20294910)
中野 伸一  京都大学, 生態学研究センター, 教授 (50270723)
Project Period (FY) 2017-04-01 – 2020-03-31
Keywords種子捕食性昆虫 / 広食性 / 乾燥種子食性 / 植物の毒物質 / アレロパシー / 系統解析 / 生活史の進化 / マメゾウムシ類
Outline of Annual Research Achievements

嶋田と連携研究者大林、分担者の中野は、サイカチマメゾウムシに特異的な核遺伝マーカー開発を行うため、次世代シークエンサーを用いたトランスクリプトーム解析を開始した。発現遺伝子の部分配列中のマイクロサテライト領域(EST-SSR)を対象に、ゲノムワイドなマーカー設計を行い、現実の個体群で有効性が確認された。この一部の成果が国際誌に受理された。現在国内個体群の解析を進めている最中である。また、嶋田は徳永、大林と共同で、中国産アズキゾウムシ(dxC系統)、Callosobruchus subinnotatus、サイカチマメゾウムシを研究対象に、広食能力を13種の乾燥種子を使って調べた。
藤井はガーナ、カンボジア、イラン、トルコ、バングラデシュ、ベトナム、中国内モンゴル自治区等においてマメ科を含む薬用植物等のアレロパシー活性を測定した。活性の強い植物についてはその成分を分析した。植物生育阻害作用の強い成分についてはプロトプラストを用いた植物細胞への影響を調べた。
徳永はカンボジアとラオスにおけるABSのための協力研究者、行政官を捜したが、対象国と周辺国の国情に阻まれ、筑波大学のABS担当部局の協力を得た上でも、2017年度中に協定を結ぶことが困難であった。そのため、広食性を示す既存のインゲンゾウムシ4地域集団の系統関係を明らかにする軌道修正を行い、mtDNAの配列解析の結果を現在まとめ中である。
津田は種子捕食性昆虫に対し抵抗性を持つとされているツルアズキVigna umbellataをササゲと同時に供試するとセコブマメゾウムシ属の害虫2種はツルアズキに小さい卵を産下し、幼虫は発育遅延、生存率低下した。しかし、津田が世界で初めて累代飼育した同属のタイ産の非害虫1種は生存・発育ともササゲ利用時と変わらず、ツルアズキの未知の毒物質に適応していることが判明した。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

嶋田と徳永、連携研究者の大林で、中国産アズキゾウムシ、Callosobruchus subinnotatus、サイカチマメゾウムシの3種の広食能力を調べた結果、乾燥種子食性が寄主植物のニッチ拡大をもたらし、広食性を可能にしていることを解明しつつある。特に、中国産アズキゾウムシは従来のどの昆虫種でも考えられないほどの広食性の能力を示し、被子植物門で系統の遠い4目で多数が羽化してくる超広食性であることが分かった。一方で、日本産アズキゾウムシの寄主植物はマメ科マメ亜科のVigna属やCicer属に限られる狭食性である。この差はアズキゾウムシのどのような代謝に関わる遺伝子の変異であろうか?これを解明すべく、植物の毒物質化学者・藤井によるメタボローム解析によって、どの毒物質の代謝が中国産と日本産の遺伝子発現の差異になって現れれているかを特定する。他にも、津田がタイで発見したツルアズキから羽化した被害虫種の産下した卵サイズに着目した特性の差異は、マメゾウムシ類の生活史の進化に関わる重要な端緒を示していると考えられる。

Strategy for Future Research Activity

今後は以下のように進める方針である。
(1)中国産アズキゾウムシ(dxC系統)と日本産アズキゾウムシ(jC系統)の交雑実験の計画・・・両系統を交雑した時に、どちらの系統を雌にして交雑しても広食性は同程度に低下するのなら核遺伝子群の作用であると考えられる。一方、中国産をメスにして交雑させた時には広食能力は変化せず、日本産をメスにして交雑させた時にだけ広食能力が低下した時は母親効果(細胞内共生シンビオントの可能性)が考えられる。これは簡単な実験で白黒を決着できるので、H30年度には実施したい。
(2)中国大陸も含めたアズキゾウムシ各地域個体群の分子系統樹作成・・・中国各地で採集したさまざまな系統(計画)と日本各地で採集した系統(こちらはすでに現有)とを対象にCOIやその他のmtDNAを使って分子系統樹を作成し、各地域系統がどの程度の遺伝的距離で互いに関係をもっているかを解明する。同種とはいえ、中国大陸のクレードと日本各地のクレードでの相互の距離を解析したい。
(3)寄主乾燥種子を使った毒物質のメタボローム解析の計画・・・さまざまな寄主乾燥種子をGC-MSのミニ・メタボロームキットを使って、独物質の成分を分析する。これにより、中国産アズキゾウムシが食べて育つ種子で、かつ日本産アズキゾウムシが食べても育たない種子の毒物質メタボロームを対象に、中国産のみが解毒できる代謝パスウェイが絞られてくるはずである。

  • Research Products

    (22 results)

All 2018 2017 Other

All Int'l Joint Research (6 results) Journal Article (8 results) (of which Int'l Joint Research: 5 results,  Peer Reviewed: 8 results,  Open Access: 4 results) Presentation (7 results) (of which Int'l Joint Research: 4 results,  Invited: 2 results) Remarks (1 results)

  • [Int'l Joint Research] University of Kentucky/University of Idaho(米国)

    • Country Name
      U.S.A.
    • Counterpart Institution
      University of Kentucky/University of Idaho
  • [Int'l Joint Research] Zhejiang Gongshang University(中国)

    • Country Name
      CHINA
    • Counterpart Institution
      Zhejiang Gongshang University
  • [Int'l Joint Research] ZALF(ドイツ)

    • Country Name
      GERMANY
    • Counterpart Institution
      ZALF
  • [Int'l Joint Research] University of Lausanne(スイス)

    • Country Name
      SWITZERLAND
    • Counterpart Institution
      University of Lausanne
  • [Int'l Joint Research] Uppsala University(スウェーデン)

    • Country Name
      SWEDEN
    • Counterpart Institution
      Uppsala University
  • [Int'l Joint Research]

    • # of Other Countries
      2
  • [Journal Article] The importance of olfactory cues in short-range mate finding by the Japanese jewel beetle, Chrysochroa fulgidissima (Coleoptera, Buprestidae)2018

    • Author(s)
      Shinohara Takeru、Kamitani Satoshi、Tuda Midori、Hirowatari Toshiya
    • Journal Title

      ELCAS Journal

      Volume: 3 Pages: 23~26

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Evaluation of an Anthocyanin, Cyanidin 3,5-di-O-glucoside, as an Allelochemical in Red Callus of a Mangrove Sonneratia ovata, Using Protoplast Co-Culture Bioassay Method with Digital Image Analysis2018

    • Author(s)
      Sasamoto Hamako、Iwashina Tsukasa、Suzuki Sakae、Azumi Yoshitaka、Fujii Yoshiharu
    • Journal Title

      Journal of Plant Studies

      Volume: 7 Pages: 1~1

    • DOI

      10.5539/jps.v7n2p1

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Exploring Farmers’ Indigenous Knowledge of Soil Quality and Fertility Management Practices in Selected Farming Communities of the Guinea Savannah Agro-Ecological Zone of Ghana2018

    • Author(s)
      Ansong Omari Richard、Bellingrath-Kimura Sonoko、Sarkodee Addo Elsie、Oikawa Yosei、Fujii Yoshiharu
    • Journal Title

      Sustainability

      Volume: 10 Pages: 1034~1034

    • DOI

      10.3390/su10041034

    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Global phylogeography of the insect pest Callosobruchus maculatus (Coleoptera: Bruchinae) relates to the history of its main host, Vigna unguiculata2017

    • Author(s)
      Kebe Khadim、Alvarez Nadir、Tuda Midori、Arnqvist Goran、Fox Charles W.、Sembene Mbacke、Espindola Anahi
    • Journal Title

      Journal of Biogeography

      Volume: 44 Pages: 2515~2526

    • DOI

      10.1111/jbi.13052

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Evaluation of allelopathic activity of Heracleum sosnowskyi Manden fruits2017

    • Author(s)
      Mishyna M.、T.T. Van、Y. Fujii Pham
    • Journal Title

      Allelopathy Journal

      Volume: 42 Pages: 171~180

    • DOI

      10.26651/allelo.j./2017-42-2-1114

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Impacts of Fertilization Type on Soil Microbial Biomass and Nutrient Availability in Two Agroecological Zones of Ghana2017

    • Author(s)
      Omari Richard、Sarkodee-Addo Elsie、Fujii Yoshiharu、Oikawa Yosei、Bellingrath-Kimura Sonoko
    • Journal Title

      Agronomy

      Volume: 7 Pages: 55~55

    • DOI

      10.3390/agronomy7030055

    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Melanic mutation causes a fitness decline in bean beetles infected by Wolbachia2017

    • Author(s)
      Numajiri Yuko、Kondo Natsuko I.、Toquenaga Yukihiko
    • Journal Title

      Entomologia Experimentalis et Applicata

      Volume: 164 Pages: 54~65

    • DOI

      DOI: 10.1111/eea.12588

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Unique clade of alphaproteobacterial endosymbionts induces complete cytoplasmic incompatibility in the coconut beetle2017

    • Author(s)
      Takano Shun-ichiro、Tuda Midori、Takasu Keiji、Furuya Naruto、Imamura Yuya、Kim Sangwan、Tashiro Kosuke、Iiyama Kazuhiro、Tavares Matias、Amaral Acacio Cardoso
    • Journal Title

      Proceedings of the National Academy of Sciences

      Volume: 114 Pages: 6110~6115

    • DOI

      10.1073/pnas.1618094114

    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Presentation] Effects of hairy vetch (Vicia villosa Roth) incorporation on weed suppression and yield contribution of four rice varieties2018

    • Author(s)
      Phyu Thae Ei, Keisuke Katsura, Takashi Motobayashi, Yoshiharu Fujii
    • Organizer
      日本雑草学会第 57回大会
  • [Presentation] マメゾウムシ類の食性進化:広範な科の寄主植物で育つ2種の発見2018

    • Author(s)
      嶋田 正和、長瀬 泰子、大林 夏湖、徳永 幸彦
    • Organizer
      第62回日本応用動物昆虫学会大会
  • [Presentation] マメゾウムシと寄生蜂の古典的モデル生物群集からの21世紀的提言:環境変化と侵入生物がもたらす群集動態の変化を進化、性差、個体行動から解明する2018

    • Author(s)
      津田みどり
    • Organizer
      第62回日本応用動物昆虫学会大会
    • Invited
  • [Presentation] Allelopathic Activity of Some Turkish Plant Species2017

    • Author(s)
      Tugba Gonca Isin Ozkan, Yoshiharu Fujii
    • Organizer
      8th World Congress of Allelopathy
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] A trial for making database for allelopathic activities by Specific Bioassays: Sandwich Method, Plant Box Method, Dish-Pack Method2017

    • Author(s)
      Yoshiharu Fujii
    • Organizer
      8th World Congress of Allelopathy
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Research on allelopathy for weed science in Asian-Pacific Region2017

    • Author(s)
      Yoshiharu Fujii
    • Organizer
      The 26th Asian Pacific Weed Science Society Conference
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Screening of allelopathic ground cover plants for weed control and analysis of allelochemicals2017

    • Author(s)
      Hiroko Maeda, Kou Okumura, Riri Nakamura, Takashi Nomura, Yoshiharu Fujii
    • Organizer
      The 26th Asian Pacific Weed Science Society Conference
    • Int'l Joint Research
  • [Remarks] MASAKAZU SHIMADA'S HOMEPAGE

    • URL

      https://sites.google.com/view/shimada-lab/publications

URL: 

Published: 2019-12-27  

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