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2015 Fiscal Year Annual Research Report

マメゾウムシ類の適応的多様化:種子毒耐性と乾燥種子利用によるジェネラリストの進化

Research Project

Project/Area Number 26304016
Research InstitutionThe University of Tokyo

Principal Investigator

嶋田 正和  東京大学, 大学院情報学環, 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), 教授 (10354101)
徳永 幸彦  筑波大学, 生命環境科学研究科(系), 准教授 (90237074)
津田 みどり  九州大学, (連合)農学研究科(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) 2014-04-01 – 2017-03-31
Keywordsマメゾウムシ類 / マメ科 / 乾燥完熟種子利用 / 毒物質 / アレロパシー / 分子系統解析 / 寄主シフト / 適応戦略
Outline of Annual Research Achievements

代表の嶋田は、Callosobruchus subinnotatusが多様な乾燥完熟豆種を食べて育つことを発見した。食べて育つ豆種は、Cicer属、Lens属、Phaseolus属、Vicia属、Pisum属。ただし、Phaseolus vaulgaris (金時豆)は育たない。共同研究者の松井健二(山口大学)・穴井豊昭(佐賀大学)が遺伝子組換えを用いない逆遺伝学的方法であるTilling法で育成したダイズ(Glycine max)をC. subinnotatus が食べて育つかを観測した。その結果、マメゾウムシ類の成長を抑える毒性のあるリノール酸・リノレイン酸への代謝を抑制したダイズからは、C. subinnotatusは早く大きく羽化することが分かった。
分担者の藤井はロシア南部コーカサス地方、イラン東部、ペルーアマゾン、中国雲南省等においてマメ科を中心とした植物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。
分担者の徳永はマメゾウムシ研究に必要な統計手法の特集をまとめ発表した(Popul. Ecol.誌に発表)。年度末(3/12-16)にはインドネシアのバリ島において、食用豆類を食害するマメゾウムシの採集を行った。これら成虫から「分布の端」となる実験個体群系統を確立中である。
分担者の津田は欧州産Bruchus属マメゾウムシの雌を誘引・産卵誘発する化学物質を特定するため、寄主植物の莢表面に多く含まれる鎖式飽和炭化水素の化学物質種で選択行動実験を行い、滞在時間延長には2種の混合、産卵誘発には物質Aが効果を発揮することを解明した。
分担者の中野は研究員・大林と共同で、京大生態研センターで所有する全国共同利用施設の高性能シーケンサーABI 3730 を利用し、嶋田と特任研究員・加藤と共同で、新大陸産マメゾウムシ類のDNA配列を用いた分子系統解析を進めた。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

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

Reason

代表の嶋田は「Callosobruchus subinnotatusの乾燥完熟豆利用と毒物質耐性に伴う広食性の進化」のサブテーマを確立し、さらに嶋田は修士課程院生・萩原の研究室配属を得て、中野と協力者の大林による「サイカチマメゾウムシ(Megabruchidius dorsalis)の完熟乾燥種子利用と繁殖戦略の進化」で新たなサブテーマを進展できた。また、分担者の藤井によるマメ科植物のアレロパシーの化学分析、徳永によるマメゾウムシ類の分布周辺における戦略の実験系確立、津田によるBruchus属マメゾウムシ雌の寄主植物への誘引と産卵を促す化学物質の解明では、それぞれ新しい実験系の確立、データ取得、論文を発表し、期待以上の成果を出した年度である。一方、嶋田、と大林、加藤による当初の中心テーマである新大陸産マメ科・アオイ科の毒物質を含めた系統進化の解析については遅れており、研究の進展ではサブテーマごとに凸凹が際立った年度でもある。一部に遅れた理由は、協力者の加藤特任助教の任期切れ退職と就職活動などで、研究時間をなかなか確保できなかったことも一因である。ただ、嶋田が大林の協力を得て、全国共同利用施設である京大生態研センターの協力研究員となり、センターの高性能シーケンサーを使える状況になったため、DNA配列が読めていなかった新大陸産マメゾウムシ類を加藤を助けて一挙に読めたことで、あとは大林と加藤とで分子系統解析を進展するところまで来たのは、明るい点である。よって、総合的に判断すると、サブテーマごとに凸凹はあるものの、全体としての平均的な評価は概ね順調と位置づけられる。

Strategy for Future Research Activity

平成28年度では、まず嶋田と中野、大林、加藤(4月から特任研究員で1年間採用)グループが手掛ける中心テーマ「新大陸産マメゾウムシ類の寄主植物に対する乾燥完熟種子利用と毒物質耐性でみた系統対応」については、Acanthoselidini族に含まれるAcanthoselides属、Mimosestes属、Merobruchus属、Sennius属など、手元にある分子系統情報を整理する。それと並行して、マメゾウムシ類が利用するマメ科・アオイ科植物の各系統が含む毒物質を、藤井のGC-MSによる分析や文献情報によって可能な限り特定していく必要がある。これにはマメ科植物の他感作用(アレロパシー)の毒物質データベースが有効であろう。そこから得られる寄主植物の毒物質情報と乾燥完熟種子利用の生活史情報を、マメゾウムシ類の分子系統樹上に配置することで、マメゾウムシ類のどの系統群はどの寄主植物を利用しているかの系統解析を発展させる。その先に、中心テーマである「マメゾウムシ類をモデルとした場合、植食性昆虫はどの程度系統的に頻繁に寄主植物を変える(寄主シフト)だろうか?」の課題について定量的に解明できる。また、嶋田の「C. subinnotatusによる乾燥完熟種子利用と毒物質耐性による広食性の進化」、嶋田・中野・大林の「サイカチマメゾウムシの乾燥完熟種子利用と繁殖戦略」、徳永の「分布周辺の集団の解析」や津田の「地域内での種分化と大陸間移動の相対的重要性の解析」などのサブテーマを進めることで、野生マメゾウムシ類が持つ乾燥完熟種子利用による多化性の進化と毒物質耐性の系統的寄主シフト要因が、マメゾウムシ類の一部が世界汎種へと進化して行った点についての適応戦略の考察が発展すると期待される。

Causes of Carryover

購入予定の試薬が想定よりも高額であったため予算内に収まらず購入できなかったため。

Expenditure Plan for Carryover Budget

次年度の配分額と併せて試薬を購入して実験を開始する。

  • Research Products

    (28 results)

All 2016 2015 Other

All Journal Article (11 results) (of which Int'l Joint Research: 7 results,  Peer Reviewed: 9 results,  Open Access: 5 results) Presentation (16 results) (of which Int'l Joint Research: 6 results,  Invited: 4 results) Remarks (1 results)

  • [Journal Article] Evaluation of allelopathic activity of 178 Caucasian plants species2016

    • Author(s)
      Mardani H, Kazantseva E, Onipchenko V, Fujii Y
    • Journal Title

      International Journal of Basic and Applied Sciences

      Volume: 5 Pages: 75-81

    • DOI

      10.14419/ijbas.v5i1.5631

    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Allelochemicals of three Amazon plants identified by GC-MS.2016

    • Author(s)
      Sotero V, Suarez P, Vela JE, Garcia de Sotero D, Fujii Y
    • Journal Title

      International Journal of Engineering and Applied Sciences

      Volume: 3 Pages: 1-7

    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] How to walk on statistical mandalas as a population ecologist,2016

    • Author(s)
      Toquenaga Y
    • Journal Title

      Population Ecology

      Volume: 58 Pages: 3-8

    • DOI

      10.1007/s10144-015-0532-z

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Determination of allelopathic potentials in plant species in Sino-Japanese Floristic Region by sandwich method and dish pack method2015

    • Author(s)
      Appiah KS, Li Z, Zeng RS, Luo S, Oikawa Y, Fujii Y
    • Journal Title

      International Journal of Basic and Applied Sciences

      Volume: 4 Pages: 381-394

    • DOI

      10.14419/ijbas.v4i4.5147

    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] A comparative approach to testing hypotheses for the evolution of sex-biased dispersal in bean beetles.2015

    • Author(s)
      Downey MH, Searle R, Bellur S, Geiger A, Maitner BS, Ohm JR, Tuda M, Miller TEX
    • Journal Title

      Ecology and Evolution

      Volume: 5 Pages: 4819-4828

    • DOI

      10.1002/ece3.1753

    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Genome size correlates with reproductive fitness in seed beetles.2015

    • Author(s)
      Arnqvist G, Sayadi A, Immonen E, Hotzy C, Rankin D, Tuda M, Hjelmen CE, Johnston JS
    • Journal Title

      Proceedings of the Royal Society B

      Volume: 282 Pages: -

    • DOI

      10.1098/rspb.2015.1421

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Allelopathy in a Leguminous Mangrove Plant, Derris indica: Protoplast Co-culture Bioassay and Rotenone Effect.2015

    • Author(s)
      Inoue A, Mori D, Minagawa R, Fujii Y, Sasamoto H
    • Journal Title

      Natural Product Communications

      Volume: 10 Pages: 747-750

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Cyanamide phytotoxicity in soybean(Glycine max) seedlings involves aldehyde dehydrogenase inhibition and oxidative stress.2015

    • Author(s)
      Maninang JS, Okazaki S, Fujii Y
    • Journal Title

      Natural Product Communications

      Volume: 10 Pages: 743-746

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Evolution of Spermophagus seed beetles (Coleoptera, Bruchinae, Amblycerini) indicates both synchronous and delayed colonizations of host plants.2015

    • Author(s)
      Kergoat GJ, Le Ru BP, Sadeghi SE, Tuda M, Reid CAM, Gyorgy Z, Genson G, Ribeiro-Costa CS, Delobel A
    • Journal Title

      Molecular Phylogenetics and Evolution

      Volume: 89 Pages: 91-103

    • DOI

      10.1016/j.ympev.2015.04.014

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] 大学教育における生態学と進化学2015

    • Author(s)
      嶋田正和
    • Journal Title

      遺伝

      Volume: 69 Pages: 431-436

  • [Journal Article] 種子食昆虫における乾燥耐性の進化2015

    • Author(s)
      津田みどり
    • Journal Title

      低温生物工学会誌

      Volume: 61 Pages: 9-11

  • [Presentation] Effect of atmospheric CO2 rise on population size, development and gene expression is different between populations of a seed beetle.2016

    • Author(s)
      Tuda M, Aung TL, Lwin TH, Kagoshima K, Mori K, Tashiro K
    • Organizer
      XXV International Congress of Entomology
    • Place of Presentation
      オーランド(アメリカ合衆国)
    • Year and Date
      2016-09-25 – 2016-09-30
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 大気中CO2濃度上昇が異なる種内競争型のマメゾウムシの発育、個体群サイズ、および遺伝子発現に与える影響2016

    • Author(s)
      津田みどり,Than Lin Aung,Than Htway Lwin,鹿児嶋久美子,森一樹,田代康介
    • Organizer
      日本昆虫学会第76回大会/第60回日本応用動物昆虫学会大会合同大会
    • Place of Presentation
      大阪府立大学(大阪府堺市)
    • Year and Date
      2016-03-28
  • [Presentation] 種内競争、寄生蜂、潜行コストが貯穀害虫の潜行・産卵深度に与える影響2016

    • Author(s)
      菅原有真,津田 みどり
    • Organizer
      日本昆虫学会第76回大会/第60回日本応用動物昆虫学会大会合同大会
    • Place of Presentation
      大阪府立大学(大阪府堺市)
    • Year and Date
      2016-03-28
  • [Presentation] マメゾウムシの性選択における触角節数不足個体の適応度2016

    • Author(s)
      福田一人,津田みどり
    • Organizer
      日本昆虫学会第76回大会/第60回日本応用動物昆虫学会大会合同大会
    • Place of Presentation
      大阪府立大学(大阪府堺市)
    • Year and Date
      2016-03-27
  • [Presentation] Does Wolbachia alter egg-laying behavior of host species?2016

    • Author(s)
      Numajiri Y. and Toquenaga Y.
    • Organizer
      第63回日本生態学会大会
    • Place of Presentation
      仙台国際センター(宮城県仙台市)
    • Year and Date
      2016-03-22
  • [Presentation] International Agro-Biological Resources for Sustainable Agricultural Production.2015

    • Author(s)
      Fujii Y
    • Organizer
      7th International Scientific Conference "Rural Development 2015"
    • Place of Presentation
      カウナス(リトアニア)
    • Year and Date
      2015-11-19
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Allelochemicals and natural products from weeds.2015

    • Author(s)
      Fujii Y
    • Organizer
      25th Asian-Pacific Weed Science Society Conference
    • Place of Presentation
      ハイデラバード(インド)
    • Year and Date
      2015-10-14
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] 貯穀害虫の垂直個体群構造を決定する要因:資源をめぐる競争か、寄生回避か、そして潜るコストは?2015

    • Author(s)
      菅原有真,津田みどり
    • Organizer
      第31回個体群生態学会大会
    • Place of Presentation
      滋賀県立大学(滋賀県彦根市)
    • Year and Date
      2015-10-11
  • [Presentation] Host-plant and genetic effects on herbivore's fitness and gene expression2015

    • Author(s)
      Tuda M, Tani S, Iwase S, Saeki Y, Mori K, Tashiro K
    • Organizer
      第31回個体群生態学会大会
    • Place of Presentation
      滋賀県立大学(滋賀県彦根市)
    • Year and Date
      2015-10-11
  • [Presentation] 植食性昆虫の寄主範囲拡大が発育と網羅的遺伝子発現に与える影響2015

    • Author(s)
      津田みどり,谷聡一郎,岩瀬俊一郎,佐伯順子,森一樹,田代 康介
    • Organizer
      日本昆虫学会第75回大会
    • Place of Presentation
      九州大学(福岡県福岡市)
    • Year and Date
      2015-09-21
  • [Presentation] 触角節数と感覚毛形態の雌雄間比較2015

    • Author(s)
      福田一人,津田みどり
    • Organizer
      日本昆虫学会第75回大会
    • Place of Presentation
      九州大学(福岡県福岡市)
    • Year and Date
      2015-09-21
  • [Presentation] Combined effect of elevated CO2 level and temperature on host - 2 parasitoids dynamics2015

    • Author(s)
      Than Htway Lwin, Tuda M.
    • Organizer
      日本昆虫学会第75回大会
    • Place of Presentation
      九州大学(福岡県福岡市)
    • Year and Date
      2015-09-20
  • [Presentation] マメゾウムシの垂直移動分散の適応的意義:種内競争回避か捕食寄生回避か2015

    • Author(s)
      菅原有真,津田みどり
    • Organizer
      日本昆虫学会第75回大会
    • Place of Presentation
      九州大学(福岡県福岡市)
    • Year and Date
      2015-09-19
  • [Presentation] Natural and environmentally friendly ways of managing weeds without chemical herbicides2015

    • Author(s)
      Fujii Y
    • Organizer
      APO seminar 2015
    • Place of Presentation
      APO世田谷本部(東京都世田谷区)
    • Year and Date
      2015-09-10
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] High dominancy among ground cover plants and the high weed suppression ability of birdsfoot trefoil(Lotus corniculatus L. var. corniculatus)2015

    • Author(s)
      Tsuda S, Tamura H, Fujii Y
    • Organizer
      18th International Plant Protection Congress
    • Place of Presentation
      ベルリン(ドイツ)
    • Year and Date
      2015-08-24
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Development of a Simple High-throughput Bioassay Method for Allelopathy: Protoplasts Co-culture with Image Analysis2015

    • Author(s)
      Sasamoto H, MurashigeBaba T, Sato T, Hasegawa A, Wasano N, Fujii Y
    • Organizer
      2015 In Vitro Biology Meeting
    • Place of Presentation
      ツーソン(アメリカ合衆国)
    • Year and Date
      2015-05-30
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Remarks] 東京大学大学院総合文化研究科嶋田研究室ホームページ

    • URL

      http://park.itc.u-tokyo.ac.jp/shimada-lab/

URL: 

Published: 2017-01-06  

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