カメムシ類における共生細菌の体外保存機構の解明

2020 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 19H02973
• Research Institution: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology
• Principal Investigator: 森山 実 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 (30727251)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: 共生細菌 / 垂直伝達 / 細菌保護

Outline of Annual Research Achievements

カメムシ類昆虫では、自身の生存に不可欠な相利共生細菌を次世代へ受け継ぐ際、共生細菌を分泌物中に封入し、産下した卵の傍らに塗布することで一時的に体外で保管するという興味深い行動が知られる。本課題では遺伝学的アプローチおよび生化学的アプローチを用いて、この宿主昆虫が産生する細菌保護物質およびその作用機序を明らかにすることを目的としている。
本年度はまず、チャバネアオカメムシの卵表面に塗布された分泌物を回収し、SDS-PAGEおよびプロテオーム解析を実施した。その結果、機能未知のタンパク質を含む3種のタンパク質が卵塗布物の主要構成成分であることが明らかとなり、共生細菌の封入保護を担う成分であることが示唆された。
また、中腸共生器官の後部末端にはメス成虫にのみ発達する特殊な構造が見られ、この部位が共生細菌の垂直伝達において重要な働きを担っていると考えられる。そこで、チャバネアオカメムシおよびクサギカメムシの２種を対象に、RNAseqを用いて通常の共生部位とメス特異的部位の比較トランスクリプトーム解析をおこない、両種に共通してメス特異的部位に高発現している遺伝子群を同定した。さらに、これらの遺伝子群についてRNAiによる遺伝子発現阻害をおこない、子への共生細菌伝達率を評価したところ、2つの機能未知遺伝子および１つの転写因子について垂直伝達が阻害されることが確認された。今後、これらの垂直伝達に必須である遺伝子の機能詳細について取り組む予定である。

Current Status of Research Progress

1: Research has progressed more than it was originally planned.

Reason

上記の通り、共生細菌を封入する成分の同定や、メス特異的に共生器官で高発現する遺伝子群の同定に留まらず、実際に複数の遺伝子についてはRNAiによって垂直伝達に必須であることを実証するに至っており、当所の目的に沿って研究が予想以上のペースで進捗していると言える。

Strategy for Future Research Activity

今後、卵塗布物質については、それぞれRNAiをおこない、いずれのタンパク質が垂直伝達に寄与するかを特定する。また、メス特異的共生器官に高発現する遺伝子のうち、RNAiによって垂直伝達への役割が確認された遺伝子については、産卵時の局在や動態を追跡するとともに、タンパク質間相互作用等を評価することで、具体的な細菌保護機能の解明に取り組む。