2014 Fiscal Year Annual Research Report
ホソヘリカメムシ－Burkholderia共生系における共生成立機構の解明
Publicly Offered Research
| Project Area | "Matryoshka"-type evolution of eukaryotes |
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| Project/Area Number |
26117732
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| Research Institution | National Institute of Advanced Industrial Science and Technology |
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Principal Investigator |
菊池 義智 独立行政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 (30571864)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | 昆虫 / 共生 / 微生物 / 進化 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究ではホソヘリカメムシ-Burkholderiaモデル共生系を対象に、共生器官の大規模トランスクリプトーム解析およびRNAiスクリーニング、発現遺伝子の機能解析を行い、共生成立に関わる宿主昆虫側の分子基盤を網羅的に明らかにすることを目的とする。本年は、（１）共生器官のトランスクリプトームデータの精査による共生関連遺伝子の発現パターン解明、（２）in vivoおよびin vitroにおける共生細菌の形態変化と遺伝子発現変化の調査、（３）共生関連タンパク質のRNAiを行った。（１）については共生細菌が感染する過程で発現変動する遺伝子についてRNAseqを用いて網羅的に明らかにし、90種類以上のシステインリッチタンパク質が共生細菌の定着に伴って大きく発現亢進することが明らかとなった。これらシステインリッチタンパク質はディフェンシン様の構造をしていることから、それら抗菌ペプチドのように細菌細胞に直接作用する可能性が示唆された。そこで、それらタンパク質の機能を解析する前提として、（２）共生細菌が共生時にどのような変化を起こすのか調査を行った。その結果、共生細菌は宿主への感染に伴って細胞形態が小型化し、DNA量が減少し、細胞分裂関連の遺伝子が活性化されることが明らかとなった。これら形態変化や分裂活性化の意義についてはまだ不明であるが、システインリッチタンパク質遺伝子のRNAiがin vivoの共生細菌に及ぼす影響を検証する際に重要な情報になる。そこで、（３）１で明らかになったタンパク質のうち特に発現量の高い４つの遺伝子を対象にRNAiを行ったところ、遺伝子発現の抑制が確認されRNAiが高効率で作用していることが確認できたが、共生細菌の形態やDNA量への影響は確認することができなかった。上述のようにシステインリッチタンパク質は90種類以上が知られているため、各タンパク質間で補償が行われている可能性が考えられる。
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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
本研究の目的は昆虫－細菌共生系に関わる宿主昆虫側の分子基盤について、トランスクリプトーム解析およびRNAiによって網羅的に明らかにすることを目的としている。今年度はRNAiや菌体観察を詳細に行い、共生器官内で菌体にどのような変化が起き、その変化をどのような宿主側の遺伝子が引き起こしているのかについて結果を得ることができた。これにより、宿主側の遺伝子の機能に関しては来年度へ向けて課題も明確になった。加えて、論文発表・学会発表もコンスタントに行っている。
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| Strategy for Future Research Activity |
これまでの研究により共生器官で特異的かつ高発現する遺伝子としてシステインリッチタンパク質を発見し、解析を進めている。１種類のシステインリッチタンパク質の発現をRNAiで抑制しただけでは明確な効果が見られなかったことから、多種類の遺伝子を一度にターゲットにするカクテルRNAiを試みる。また、
その他の共生関連遺伝子候補についても同様に解析を進める。
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[Journal Article] Ultra-high-sensitivity stable-isotope probing of rRNA by high-throughput sequencing of isopycnic centrifugation gradients2015
Author(s)
Aoyagi, T., Hanada, S., Itoh, H., Sato, Y., Ogata, A., Friedrich, M. W., Kikuchi, Y., and Hori, T.
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Journal Title
Environmental Microbiology Reports
Volume: 7
Pages: 282-287
DOI
Peer Reviewed
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[Journal Article] Insecticide-degrading Burkholderia symbionts of the stinkbug naturally occupy various environments of sugarcane fields in a southeast island of Japan2015
Author(s)
Tago, K., Okubo, T., Itoh, H., Kikuchi, Y., Hori, T., Sato, Y., Nagayama, A., Hayashi, K., Ikeda, S., and Hayatsu, M.
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Journal Title
Microbes and Environments
Volume: 30
Pages: 29-36
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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[Journal Article] A fine-scale phylogenetic analysis of free-living Burkholderia species in sugarcane field soil2014
Author(s)
Tago, K., Itoh, H., Kikuchi, Y., Hori, T., Sato, Y., Nagayama, A., Okubo, T., Navarro, R., Aoyagi, T., Hayashi, K., and Hayatsu, M.
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Journal Title
Microbes and Environments
Volume: 29
Pages: 434-437
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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[Journal Article] Whole-genome sequence of Burkholderia sp. strain RPE67, a bacterial gut symbiont of the bean bug Riptortus pedestris2014
Author(s)
Takeshita, K., Shibata, T. F., Nikoh, N., Nishiyama, T., Hasebe, M., Fukatsu, T., Shigenobu, S., and Kikuchi, Y.
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Journal Title
Genome Announcements
Volume: 2
Pages: e00556-14
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
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[Journal Article] Evidence of environmental and vertical transmission of Burkholderia symbionts in the oriental chinch bug, Cavelerius saccharivorus (Heteroptera: Blissidae)2014
Author(s)
Itoh, H., Aita, M., Nagayama, A., Meng, X. Y., Kamagata, Y., Navarro, R., Hori, T., Ohgiya, S., and Kikuchi, Y.
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Journal Title
Applied and Environmental Microbiology
Volume: 80
Pages: 5974-5983
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
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[Journal Article] Bacterial population succession and adaptation affected by insecticide application and soil spraying history2014
Author(s)
Itoh, H., Navarro, R., Takeshita, K., Tago, K., Hayatsu, M., Hori, T., and Kikuchi, Y.
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Journal Title
Frontiers in Microbiology
Volume: 5
Pages: 457
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
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