4者系の共進化:クリシギゾウムシ・寄主植物・寄生蜂・共生細菌系の適応進化を探る

• Project/Area Number: 08J04352
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Research Field: Ecology/Environment
• Research Institution: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology
• Principal Investigator: 東樹 宏和 National Institute of Advanced Industrial Science and Technology, ゲノムファクトリー研究部門, 特別研究員(SPD)
• Project Period (FY): 2008 – 2009
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2009)
• Budget Amount: ¥6,000,000 (Direct Cost: ¥6,000,000); Fiscal Year 2009: ¥3,000,000 (Direct Cost: ¥3,000,000); Fiscal Year 2008: ¥3,000,000 (Direct Cost: ¥3,000,000)
• Keywords: 共進化 / 共生 / 適応 / 軍拡競走

Research Abstract

クリシギゾウムシは、ブナ科植物の種子(ドングリ類)に産卵を行う。しかし、ブナ科の植物の多くは、ゾウムシに食害されないために、タンニンという毒物質を高濃度で種子に蓄積するよう進化している。しかし、昆虫は一般に、タンニンを分解する酵素を生成できないと考えられており、なぜクリシギゾウムシがブナ科種子を食害できるのか、明らかになっていない。
そこで、クリシギゾウムシ体内に共生する細菌類に着目して、この細菌類がドングリの毒を無害化する上で「助っ人」として働いているのか、検証を行った。タンニン分解酵素(タンナーゼ)の生成は、様々な細菌類で報告されおり、この細菌の潜在的な機能に焦点をあてた。
ゾウムシ体内からクローニングした細菌の16S rRNA遺伝子の塩基配列を調べたところ、新奇な共生細菌がクリシギゾウムシと共生していることが明らかになった。この細菌(以下、一次共生細菌)の16S rRNA配列をターゲットとした蛍光in situハイブリダイゼーションの結果、この一次共生細菌がゾウムシ幼虫体内の中腸前部に付着する「菌細胞塊」に詰め込まれていることがわかった。さらに、雌成虫の体内では、卵巣小管への感染が認められ、卵への感染を通じて、ゾウムシの世代を越えてこの一次共生細菌が受け継がれていることが推測された。この一次共生細菌の塩基配列の組成から、ゾウムシとの長い共生関係を経てゾウムシの体内でしか生存できないような進化を遂げていることが示唆され、すでにゾウムシの「体の一部」としてゾウムシの生存や繁殖に有利な機能を提供していることが推測された。

Research Products

• [Journal Article] "Candidatus Curculioniphilus buchneri", a novel clade of bacterial endocellular symbionts from weevils of the genus Curculio. (2010)
  • Author(s): Toju H., ほか6名
  • Journal Title: Applied and Environmental Microbiology 76 Pages: 275-282
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Natural selection drives the fine-scale divergence of a coevolutionary arms race involving a long-mouthed weevil and its obligate host plant. (2009)
  • Author(s): Toju H.
  • Journal Title: BMC Evolutionary Biology 9 Pages: 273-273
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Do arms races punctuate evolutionary stasis? Unified insights from phylogeny, phylogeography and microevolutionary processes. (2009)
  • Author(s): Toju H., Sota T.
  • Journal Title: Molecular Ecology 18 Pages: 3940-3954
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Fine-Scale Local Adaptation of Weevil Mouthpart Length and Camellia Pericarp Thickness : Altitudinal Gradient of a Putative Arms Race (2008)
  • Author(s): Hirokazu Toju
  • Journal Title: Evolution 62 Pages: 1086-1102
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 進化する世界でつながる生物:赤の女王と群集生態学 (2010)
  • Author(s): 東樹宏和
  • Organizer: 第57回日本生態学会企画集会
  • Place of Presentation: 東京大学駒場キャンパス
  • Year and Date: 2010-03-18
• [Presentation] Arms race of weevil mouthparts and thick camellia fruits : natural selection vs. gene flow in coevolving metapopulations. (2010)
  • Author(s): 東樹宏和
  • Organizer: 第57回日本生態学会宮地賞受賞講演
  • Place of Presentation: 東京大学駒場キャンパス
  • Year and Date: 2010-03-18
• [Presentation] 軍拡競走の起源と結末 (2010)
  • Author(s): 東樹宏和
  • Organizer: 第29回北海道若手生態学研究会
  • Place of Presentation: 日高青少年自然の家
  • Year and Date: 2010-02-27
• [Presentation] Arms race of weevil mouthparts and thick camellia fruits : natural selection vs. gene flow in coevolving metapopulations. (2009)
  • Author(s): Toju H, Sota T, Ueno S, Abe H.
  • Organizer: Evolution 2009
  • Place of Presentation: University of Idaho
  • Year and Date: 2009-06-13
• [Presentation] シギゾウムシ類を中心とした共進化ネットワークをひも解く (2009)
  • Author(s): 東樹宏和
  • Organizer: 第56回日本生態学会企画集会
  • Place of Presentation: 岩手県立大学
  • Year and Date: 2009-03-18
• [Presentation] 軍拡競走:ゾウムシの口吻とツバキ果実の共進化 (2008)
  • Author(s): 東樹宏和
  • Organizer: 日本進化学会第10回東京大会ワークショップ
  • Place of Presentation: 東京大学駒場キャンパス
  • Year and Date: 2008-08-24
• [Book] シリーズ群集生態学2進化生物学からせまる[分担執筆] (2009)
  • Author(s): 東樹宏和・曽田貞滋
  • Total Pages: 327
  • Publisher: 京都大学学術出版会
• [Remarks]
  • URL: http://mywiki.jp/curculio/Hirokazu%20TOJU/