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.
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17H04612
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
嶋田 正和 東京大学, 大学院総合文化研究科, 教授 (40178950)
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| 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)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| 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 |
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| 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。
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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
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。
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| 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。
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