2016 Fiscal Year Annual Research Report
昆虫―大腸菌人工共生系による共生進化および分子機構の解明
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25221107
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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, 生物プロセス研究部門, 首席研究員 (00357881)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
二河 成男 放送大学, 教養学部, 教授 (70364916)
古賀 隆一 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 生物プロセス研究部門, 主任研究員 (80356972)
細川 貴弘 九州大学, 理学研究院, 助教 (80722206)
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| Project Period (FY) |
2013-05-31 – 2018-03-31
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| Keywords | 昆虫 / 共生 / 大腸菌 / 分子機構 / 実験進化 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
【６種共生細菌のゲノム解析】培養できない共生細菌A, Bは単離中腸から、培養できるC, D, E, Fは培養菌体から完全ゲノム配列を決定した。異なる共生細菌のプラスミドに共通してカロテノイド合成系及びIV型分泌装置の遺伝子がコードされており、共生機能との関連が強く示唆された。
【フォスミドライブラリースクリーニング】昨年度までのスクリーニングより共生細菌Cの5遺伝子が候補として浮上したが、これらを含む10 kbの断片を改めて大腸菌に導入したところ良好なパフォーマンスを示した。また、他の5種の共生細菌の相同領域10 kbを大腸菌に導入した場合も概ね良好なパフォーマンスを示した。これら5遺伝子のうち一つのオペロンを形成する3遺伝子を共生細菌Cから欠損させたところ、生存率や体の大きさが有意に減少した。すなわち、これら候補遺伝子が共生関連遺伝子であることが示唆された。
【大腸菌人工共生進化実験】高速進化大腸菌系統ΔmutSに感染させたチャバネアオカメムシを継続的に累代飼育したところ、13進化系列の過半数（8系列）において30-80％に達する高い羽化率を示すようになった。これらの共生進化大腸菌系列について、ゲノムリシーケンス及びRNAseqを実施したところ、ゲノム部分欠失や部分重複がダイナミックに起こっていることが示された。また人工共生進化大腸菌の宿主羽化率が低い系列/世代と向上した系列/世代で、遺伝子発現パターンが明確に分かれることが示された。
【その他】チャバネアオカメムシを含むカメムシ科28属35種143集団の共生細菌の同定、多様性、進化過程、ゲノム特徴の比較解析；ブチヒゲカメムシの腸内共生細菌の同定及び機能解析；地球温暖化がカメムシ腸内共生系に与える影響の解析；半翅目昆虫の共生真菌の同定と解析；共生細菌による宿主昆虫の生殖操作の機構解明；など。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
本研究課題のうち、特に大腸菌共生進化実験について、過半数の進化系列で次々と宿主羽化率の向上やコロニー形態の変化などの共生進化が起こり始めるという、当初想定外の画期的な研究展開を見せている。これらの展開を受けて先進ゲノム支援に応募し採択され、共生進化大腸菌のゲノム解析及びトランスクリプトーム解析を実施することにより、ダイナミックなゲノム構造進化や共生進化に伴う遺伝子発現の特徴的な変化などが明らかになった。６種共生細菌のゲノム解析を完了し、培養できない共生細菌A, Bにおける偽遺伝子蓄積やゲノム縮小、プラスミドに共通にコードされるカロテノイド合成系やIV型分泌装置の遺伝子などの重要な発見があり、論文発表準備中である。フォスミドライブラリースクリーニングにおいても共生細菌C, Dで共通の共生関連遺伝子群が同定されるなどの成果が挙がっている。総じて、本研究課題は当初の予想を超えて大きく進展しているものと認められる。
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| Strategy for Future Research Activity |
【６種共生細菌のゲノム解析】６種共生細菌の比較ゲノム解析、共生進化過程における偽遺伝子蓄積やゲノム縮小、プラスミドに共通にコードされるカロテノイド合成系やIV型分泌装置などについて論文発表する。
【共生細菌の遺伝子操作系の確立及び機能解析】共生細菌Cのカロテノイド合成系遺伝子破壊株を用いた機能解析を行う。
【フォスミドライブラリースクリーニング】共生細菌C, Dで共通に同定された共生関連遺伝子群の機能解析を完了して論文発表する。
【大腸菌人工共生進化実験】引き続き共生進化大腸菌系列の維持を行い、また先進ゲノム支援に申請してゲノム解析及びトランスクリプトーム解析も継続して行う。これまでに判明した大腸菌人工共生進化系の確立及び有用性、共生進化過程の現状などについて論文発表する。なお、この人工共生進化実験はここで終了するわけにはいかず、さらに継続して遂行することにより共生進化の帰結を見届ける必要があり、そのための後継の科研費に申請する予定である。
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[Presentation] セミー細菌ー8211;真菌による３者複合共生系の進化2017
Author(s)
松浦優, 森山実, Lukasik Piotr, 棚橋薫彦, 孟憲英, Vanderpool Dan, 菊池義智, McCutcheon John, 深津武馬
Organizer
第61回日本応用動物昆虫学会大会
Place of Presentation
東京農工大学
Year and Date
2017-03-28 – 2017-03-29
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[Presentation] 昆虫と微生物の共生進化2016
Author(s)
深津武馬
Organizer
公開シンポジウム「島根大学 夢の先進研究大公開」
Place of Presentation
くにびきメッセ国際会議場（島根県松江市）
Year and Date
2016-10-22
Invited
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[Presentation] Symbiotic complements of insect pests2016
Author(s)
Fukatsu T.
Organizer
International Congress of Entomology 2016, Symposium “Rapid Evolution of Insect Pests within Agroecosystems”
Place of Presentation
Rosen Plaza Hotel, Orlando, FL, USA
Year and Date
2016-09-26
Int'l Joint Research / Invited
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[Presentation] Novel insect-microbe defensive symbioses2016
Author(s)
Fukatsu T., Hosokawa T., Mukai H., Tanahashi M., Nishino T., Tachikawa S.
Organizer
The 9th International Wolbachia Conference
Place of Presentation
O’Reilly’s Rainforest Retreat, Lamington National Park, Queensland, Australia
Year and Date
2016-07-02
Int'l Joint Research
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