環境細菌が昆虫細胞内へ共生するために獲得/喪失した形質の探索と実証

2021 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 21K14865
• Research Institution: Akita Prefectural University
• Principal Investigator: 竹下 和貴 秋田県立大学, 生物資源科学部, 助教 (40799194)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: 細胞内共生 / カメムシ / バークホルデリア / 進化 / 遺伝子組換え共生細菌

Outline of Annual Research Achievements

オオホシカメムシは、環境中からバークホルデリア属の共生細菌を選択的に獲得し、細胞内に保持する「環境獲得型の細胞内共生系」を築く。本研究では、遺伝子組換え（非）共生細菌を用いた実験アプローチにより、オオホシカメムシへの細胞内共生を可能としている共生細菌側の責任遺伝子を同定することを目的とする。今年度は主に、以下の2項目を実施した。
1. 各種バークホルデリア属細菌のオオホシカメムシへの感染実験
これまでの感染実験により、オオホシカメムシが一部の系統のバークホルデリア属細菌を特異的に獲得し必須共生系を築くことが示唆されている。今年度はさらに多様なバークホルデリア属細菌を対象に、オオホシカメムシへの感染実験を実施した。オオホシカメムシより単離した3株を含む22種（もしくは株）の感染実験の結果、オオホシカメムシが成虫まで成長できるのは、単離株に系統的に近縁であると考えられる細菌を感染させた場合のみであることがわかった。
2. 比較ゲノム解析による共生細菌特異的遺伝子の抽出
まず、上述の感染実験に用いた22種（株）のゲノム情報をもとに、分子系統解析を行った。その結果、オオホシカメムシと共生関係を築くことができる（オオホシカメムシを成虫まで成長させることができる）細菌が単系統群を構成することを確認した。つづいて比較ゲノム解析を行い、オオホシカメムシと共生関係を築くことができる細菌ゲノムに特異的に保持されている遺伝子、欠失している遺伝子をあわせて136遺伝子抽出した。本研究ではこれら遺伝子を、細胞内共生を可能としている共生細菌側の責任遺伝子の候補とする。一部の候補遺伝子に関しては、組換え共生細菌の作製にも着手した。

Current Status of Research Progress

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

Reason

計画通り、バークホルデリア属細菌各種のオオホシカメムシへの網羅的な感染実験を完了させた。その結果に基づいて、オオホシカメムシと共生関係を築くことが可能な細菌のみが特異的に保持する遺伝子および欠失している遺伝子を抽出し、『オオホシカメムシへの細胞内共生を可能としている共生細菌側の責任遺伝子の候補』としてリストアップすることができた。それら候補遺伝子を標的とした、遺伝子組換え共生細菌の作製にも着手した。
以上のことから、現在のところ、当初の計画通りに進捗している。

Strategy for Future Research Activity

当初の計画通り、リストアップした候補遺伝子を対象とした組換え共生細菌の作製を進める。作製できた組換え共生細菌から順次オオホシカメムシへの感染実験を行い、対象遺伝子の細胞内共生への関与を検証する。

Causes of Carryover

国内学会への参加を予定していたが、オンラインでの開催となったこともあり、参加を取りやめた。また、別の研究費との兼ね合いで、当初の予定よりも消耗品の使用額を抑えることができた。以上のことから次年度使用額が生じたが、これらによる研究の遅れは生じていない。
申請時には開催が未定であったため当初の計画には組み入れていなかったが、2022年度に国際学会へ参加し、本研究成果の一部に関して発表を予定している。