昆虫とウイルス間を水平伝播する寄生蜂致死タンパク質の適応的意義と殺蜂機構の解明

• 研究課題/領域番号: 21H04723
• 研究種目: 基盤研究(A)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 審査区分: 中区分39:生産環境農学およびその関連分野
• 研究機関: 東京農工大学
• 研究代表者: 仲井 まどか 東京農工大学, (連合)農学研究科(研究院), 教授 (60302907)
• 研究分担者: 中松 豊 皇學館大学, 教育学部, 教授 (00456617) ; 鈴木 絵里子 東京農工大学, (連合)農学研究科(研究院), 教授 (00468513) ; 池田 素子 名古屋大学, 生命農学研究科, 教授 (20262892) ; 石井 一夫 公立諏訪東京理科大学, 工学部, 教授 (60449238) ; 高務 淳 国立研究開発法人森林研究・整備機構, 森林総合研究所, 主任研究員 等 (80399378) ; 伊藤 克彦 東京農工大学, (連合)農学研究科(研究院), 准教授 (80725812)
• 研究期間 (年度): 2021-04-05 – 2026-03-31
• 研究課題ステータス: 交付 (2025年度)
• 配分額: 41,730千円 (直接経費: 32,100千円、間接経費: 9,630千円); 2025年度: 7,540千円 (直接経費: 5,800千円、間接経費: 1,740千円); 2024年度: 7,540千円 (直接経費: 5,800千円、間接経費: 1,740千円); 2023年度: 7,410千円 (直接経費: 5,700千円、間接経費: 1,710千円); 2022年度: 7,540千円 (直接経費: 5,800千円、間接経費: 1,740千円); 2021年度: 11,700千円 (直接経費: 9,000千円、間接経費: 2,700千円)
• キーワード: 寄生蜂致死因子 / 遺伝子水平伝播 / ウイルス / 寄生蜂 / アポトーシス / 軍拡競走 / ゲノム 編集 / 水平伝播 / 天敵

研究開始時の研究の概要

エントモポックスウイルスなどの昆虫ウイルスやSpodoptera属などの昆虫のゲノムに保存されている、寄生蜂致死タンパク質 (Parasitoid Killing Factor: PKF)が、寄生蜂を殺すしくみを明らかにし、PKFがウイルスと昆虫間を水平伝播しその両者に今日まで保存されている理由、すなわちその適応的意義を解明することを目的とする。寄生蜂は、昆虫にとっては排除しなければならない宿命の天敵であり、ウイルスにとっては共通の宿主を奪い合う競争者である。本研究の成果により、昆虫と天敵の共進化における新しいパラダイムの構築を目指す。

研究実績の概要

1) Parasitoid Killing Fator (PKF） のタンパク質発現: バキュロウイルス由来のタンパク質発現ベクターを用いてMythimna separata Entomopoxvirus （MySEV）由来およびMamestra configurataNPV由来のPKFホモログを発現させた。培養細胞よりも、宿主昆虫に組換えバキュロウイルスを感染させた場合に、PKFのタンパク質発現がうまくいく、すなわち体液中に可溶性のPKFが分泌されることが確認できた(仲井担当)。2) PKF欠損ウイルスの確立: 野生株のMySEVを接種した感受性細胞にトランスファーベクター (PKF 遺伝子のローカスにマーカー遺伝子を組換えた) をトランスフェクションさせ、相同組換えによりPKF遺伝子を欠損させたMySEV株をマーカー遺伝子の検出によりクローニングした (高務担当)。この手法により、PKFを欠損したウイルス株を作出することができた。文部科学大臣確認実験の承認を経て、構築したPKF欠損MySEV株を、森林総合研究所から東京農工大学に移送した。3) シロイチモジヨトウを用いたゲノム編集技術の確立: シロイチモジヨトウからPKF遺伝子をゲノム編集技術を用いて欠損させた。欠損させたPKFの生物学的特徴と寄生蜂に対する致死活性を確認した (伊藤仲井担当)。4）　MySEV感染がヨトウオオサムライコマユバチ（Microplitis mediator) に対する影響を調査した。その結果、ヨトウオオサムライコマユバチは、宿主であるアワヨトウ幼虫のMySEV感染により負の影響を受けることがわかった。

現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

Parasitoid Killing Fator (PKF）を挿入した組換えバキュロウイルスが作製できた。また、昆虫ポックスウイルスとシロイチモジヨトウのゲノムからPKFを欠損させることができた。これらの材料を用いていよいよ寄生蜂を致死させるしくみを解明する予定である。

今後の研究の推進方策

1) MySEVにおけるPKFの機能解析: MySEV由来のPKFをバキュロウイルスベクターを用いて発現させた。発現させたタンパク質のアミノ酸配列置換体を作製して、その作用機作を評価する。また、PKF欠損MySEVの機能解析を開始する。
2) シロイチモジヨトウにおけるPKFの機能解析: PKFを欠損させたシロイチモジヨトウを野生型のシロイチモジヨトウと比較してシロイチモジヨトウにおけるPKFの機能を明らかにした。この成果を論文発表する。 3) 寄生蜂を殺す仕組みの解明: MySEV由来のバキュロウイルス発現PKFとシロイチモジヨトウ体液（野生型と欠損型との比較）を暴露した寄生蜂細胞のRNA解析を行い、細胞死が起きる原因を解明する。

研究成果

• [国際共同研究] University of Valencia(スペイン)
• [国際共同研究] 湖南農業大学(中国)
• [国際共同研究] サスカチュアン大学(カナダ)
• [国際共同研究] バレンシア大学(スペイン)
• [国際共同研究] 安東大学(韓国)
• [雑誌論文] The DEAD/H-box helicase DHX9 contributes to suppression of Bombyx mori nucleopolyhedrovirus propagation in B. mori cells (2023)
  • 著者名/発表者名: Kudome Nao、Ito Aika、Ota Ayaka、Kobayashi Michihiro、Ikeda Motoko、Hamajima Rina
  • 雑誌名: Developmental & Comparative Immunology 巻: 147 ページ: 104897-104897
  • DOI: 10.1016/j.dci.2023.104897
  • 査読あり
• [雑誌論文] Analysis of the trehalose synthesis pathway of Physarum polycehalum (2023)
  • 著者名/発表者名: Morita R, Okano S, Furukawa A, Ishii K, Teramoto C, Minami Y
  • 雑誌名: Biochem Biophys Res Commun 巻: - ページ: 299-307
  • DOI: 10.1016/j.bbrc.2023.09.090
• [雑誌論文] Combined actions of bacteriophage-encoded genes in Wolbachia-induced male lethality (2023)
  • 著者名/発表者名: Arai Hiroshi、Anbutsu Hisashi、Nishikawa Yohei、Kogawa Masato、Ishii Kazuo、Hosokawa Masahito、Lin Shiou-Ruei、Ueda Masatoshi、Nakai Madoka、Kunimi Yasuhisa、Harumoto Toshiyuki、Kageyama Daisuke、Takeyama Haruko、Inoue Maki N.
  • 雑誌名: iScience 巻: 26 号: 6 ページ: 106842-106842
  • DOI: 10.1016/j.isci.2023.106842
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Identification of aminobenzoic acids as selective inhibitors of the N-terminal phosphatase of soluble epoxide hydrolase (2023)
  • 著者名/発表者名: Kihara, Y., Nishimura, E., Kanai, C., Kitano, Y., Suzuki, E., Hasumi, K.
  • 雑誌名: Biosci. Biotechnol. Biochem. 巻: 87 号: 5 ページ: 511-515
  • DOI: 10.1093/bbb/zbad016
  • 査読あり
• [雑誌論文] A simple method to disperse eggs from lepidopteran scalelike egg masses and to observe embryogenesis (2022)
  • 著者名/発表者名: Arai H, Ishitsubo Y, Nakai M, Inoue MN
  • 雑誌名: Entomological Science 巻: 25 号: 1 ページ: 1-4
  • DOI: 10.1111/ens.12497
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Direct cell-cell interaction regulates division of stem cells from PC-3 human prostate cancer cell line (2022)
  • 著者名/発表者名: Suzuki, E., Masaka, N., Urabe, T., Sasaki, M., Hasumi, K.
  • 雑誌名: Biochem. Biophys. Res. Commun. 巻: 631 ページ: 25-31
  • DOI: 10.1016/j.bbrc.2022.09.004
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Amine-regulated pri-SMTP oxidation in the SMTP biosynthesis in Stachybotrys as a nitrogen acquisition strategy (2022)
  • 著者名/発表者名: Iwama, R., Sasano, Y., Hiramatsu, T., Otake, S., Suzuki, E., Hasumi, K.
  • 雑誌名: J. Fungi. 巻: 8 号: 9 ページ: 975-990
  • DOI: 10.3390/jof8090975
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Horizontally transmitted Parasitoid Killing Factor shapes insect defence to parasitoids (2021)
  • 著者名/発表者名: Gasmi, L. , Sieminska, E., Okuno, S., Ohta, R., Coutu, C., Vatanparast, M., Harris, S., Baldwin, D., Hegedus, D.D., Theilmann, D.A., Kida, A., Kawabata, M., Sagawa, S., Takatsuka, J., Tateishi, K., Watanabe, K., Inoue, M.N., Kunimi, Y., Kim, Y., Erlandson, M. A., Herrero, S., Nakai, M.
  • 雑誌名: Science 巻: 373 号: 6554 ページ: 535-541
  • DOI: 10.1126/science.abb6396
  • 査読あり / 国際共著
• [学会発表] BmNPVの増殖抑制に関与するカイコDHX9の下流因子の探索 (2024)
  • 著者名/発表者名: 久土目奈央・池田素子・浜島りな
  • 学会等名: 本蚕糸学会中部支部第79回・東海支部第75回大会
• [学会発表] LdMNPVのアポトーシス抑制因子Apsupと相互作用する細胞因子の探索 (2024)
  • 著者名/発表者名: 北谷華穂・池田素子・浜島りな
  • 学会等名: 令和6年度蚕糸・昆虫機能利用学術講演会
• [学会発表] AcMNPV感染カイコ細胞におけるリボソームタンパク質の挙動の調査 (2024)
  • 著者名/発表者名: 坂上裕喜・池田素子・浜島りな
  • 学会等名: 令和6年度蚕糸・昆虫機能利用学術講演会
• [学会発表] AcMNPV感染カイコ細胞におけるリボソームタンパク質の挙動の調査 (2024)
  • 著者名/発表者名: 原屋正龍・坂上裕喜・池田素子・浜島りな
  • 学会等名: 令和6年度蚕糸・昆虫機能利用学術講演会
• [学会発表] 統計科学・機械学習・情報数学の最前線』「大規模複雑データの理論と方法の革新的展開」 (2024)
  • 著者名/発表者名: 金打 聖菜, 石井 一夫
  • 学会等名: 科研基盤Aシンポジウム
• [学会発表] ノックアウト個体を用いた卵致死に関わるカ イコ発育遅延D遺伝子の同定" (2024)
  • 著者名/発表者名: 白田乃々香・横山 岳・伊藤 克彦
  • 学会等名: 日本蚕糸学会第94回大会
• [学会発表] カイコのNRF6遺伝子の組織別発現解析とノック アウト個体の作出" (2024)
  • 著者名/発表者名: 諫早向日葵，横山岳，伊藤克彦
  • 学会等名: 日本蚕糸学会第94回大会
• [学会発表] AcMNPV感染カイコ細胞におけるリボソームRNA 分解断片の配列解析 (2023)
  • 著者名/発表者名: 原屋正龍・池田素子・浜島りな
  • 学会等名: 第80回昆虫病理研究会
• [学会発表] de novo transcriptome of Stelechocarpus burahol Hook.f. & Thomson Merr. leaves using long reads PCR- cDNA Sequencing Deden Derajat Matra (2023)
  • 著者名/発表者名: M Adrian, Dhika Prita Hapsari, Kazuo Ishii, Eiichi Inoue,Roedhy Poerwanto
  • 学会等名: The 4th Asian Horticultural Congress
• [学会発表] 地球温暖化に基づいた野菜の収穫量の影響に関する調査 (2023)
  • 著者名/発表者名: 石井 一夫
  • 学会等名: 日本技術士会生物工学部会 2023年度業績発表会
• [学会発表] 卵致死形質を引き起こすカイコ発育遅延D遺 伝子の同定 (2023)
  • 著者名/発表者名: 白田 乃々香、横山 岳、伊藤 克彦
  • 学会等名: 第8回蚕糸・昆虫機能利用関東地区学術講演会
• [学会発表] カイコNRF6ファミリーの遺伝子発現および機能 解析 (2023)
  • 著者名/発表者名: 諫早向日葵，横山岳，伊藤克彦.
  • 学会等名: 第8回蚕糸・昆虫機能利用関東地区学術講演会
• [学会発表] World-wide invasion of Popillia japonica reconstructed based on complete mitochondrial genomes and nuclear SNP markers (2023)
  • 著者名/発表者名: R. Funari, E. Parvizi, C. Boschi, E. Cardaiolli, D. Potter, S-I. Asano, D. Toubarro, M. Meier, F. Paoli, A. Carapelli, A. McGaugharan, F. Frati, F. Nardi
  • 学会等名: Society for Molecular Biology & Evolution 2023 congress, in Ferrara
• [学会発表] Expression of Parasitoid Killing Factors using Escherichia coli and baculovirus expression system (2023)
  • 著者名/発表者名: Taku Onodera, Madoka Nakai
  • 学会等名: 2023 International Congress on Invertebrate Pathology and Microbial Control & 55th Annual Meeting of the Society for Invertebrate Pathology
• [学会発表] シロイチモジヨトウにおけるPKF遺伝子の機能解析 (2023)
  • 著者名/発表者名: 右田陽, 伊藤克彦, 仲井まどか
  • 学会等名: 日本応用動物昆虫学会
• [学会発表] アワヨトウ昆虫ポックスウイルスが持つ寄生蜂致死タンパク質の発現方法の検討 (2023)
  • 著者名/発表者名: 小野寺拓, 仲井まどか
  • 学会等名: 日本応用動物昆虫学会
• [学会発表] ゲノム編集によるシロイチモジヨトウ寄生蜂致死因子のノックアウト (2023)
  • 著者名/発表者名: 右田陽, 伊藤克彦, 仲井まどか
  • 学会等名: 日本応用動物昆虫学会
• [学会発表] 核多角体病ウイルスIE-1がカイコ細胞iap1遺伝子の発現に及ぼす影響の調査． (2023)
  • 著者名/発表者名: 河合祐作, 浜島りな, 池田素子
  • 学会等名: 日本蚕糸学会中部支部第78回・東海支部第74回大会（オンライン）
• [学会発表] AcMNPV感染カイコ細胞におけるリボソームRNAの切断部位の同定 (2023)
  • 著者名/発表者名: 原屋正龍, 池田素子, 浜島りな
  • 学会等名: 日本蚕糸学会中部支部第78回・東海支部第74回大会（オンライン）
• [学会発表] サクサン培養細胞における6 種の核多角体病ウイルスの感染性調査 (2023)
  • 著者名/発表者名: 礒部 詩保, 浜島 りな, 小林 淳, 池田 素子
  • 学会等名: 令和5年度蚕糸・昆虫機能利用学術講演会（オンライン）
• [学会発表] NPV のIE-1 がカイコ細胞iap1 遺伝子のmRNA 量に及ぼす影響の調査 (2023)
  • 著者名/発表者名: 河合祐作, 浜島りな, 池田素子
  • 学会等名: 令和5年度蚕糸・昆虫機能利用学術講演会（オンライン）
• [学会発表] カイコ細胞におけるrRNA 分解誘導に関与する核多角体病ウイルスP143 タンパク質の立体構造予測 (2023)
  • 著者名/発表者名: 浜島りな, 原屋正龍, 池田素子
  • 学会等名: 令和5年度蚕糸・昆虫機能利用学術講演会（オンライン）
• [学会発表] AcMNPV 感染カイコ細胞において認められるリボソームRNA 分解断片の解析． (2023)
  • 著者名/発表者名: 原屋正龍, 池田素子, 浜島りな
  • 学会等名: 令和5年度蚕糸・昆虫機能利用学術講演会（オンライン）
• [学会発表] 気象データをもちいた気候変動にともなう野菜の収穫量の影響調査, (2023)
  • 著者名/発表者名: 石井一夫, 傘木 廉
  • 学会等名: 日本農業気象学会2023年全国大会
• [学会発表] Investigation of methods for expression of parasitoid killing factor (2022)
  • 著者名/発表者名: Taku Onodera, Madoka Nakai
  • 学会等名: Society for Invertebrate Pathology
  • 国際学会
• [学会発表] 灌流微小クロットモデルの開発とそれを用いた線溶反応の解析 (2022)
  • 著者名/発表者名: 松尾玲奈, 井上祐樹, 柳澤貫太, 鈴木絵里子, 蓮見惠司
  • 学会等名: 日本血栓止血学会
• [学会発表] 脂肪組織におけるカテコールアミン依存的IL-6発現誘導測定系の構築 (2022)
  • 著者名/発表者名: 五郎川祐貴, 蓮見惠司, 鈴木絵里子
  • 学会等名: 日本生化学会大会
• [学会発表] 可溶性エポキシドヒドロラーゼN末端ホスファターゼの新規基質の酵素活性制御機能 (2022)
  • 著者名/発表者名: 土井萌乃, 桑原仁美, 設楽大季, 松村信, 信太綾乃, 五郎川祐貴, 蓮見惠司, 鈴木絵里子
  • 学会等名: 日本生化学会大会
• [学会発表] 有効積算温度と野菜の収穫量との関連性調査 (2022)
  • 著者名/発表者名: 傘木 廉, 石井 一夫
  • 学会等名: 日本計算機統計学会第36回シンポジウム（ハイブリッド）
• [学会発表] アスコウイルス感染虫体液は寄生蜂細胞をアポトーシスにより致死させる (2021)
  • 著者名/発表者名: 川畑 美桜 、渡邊 和代、井上 真 紀 、 仲井 まどか
  • 学会等名: 日本応用動物昆虫学会
• [備考] 昆虫ウイルスと寄生蜂の競争関係は？
  • URL: https://web.tuat.ac.jp/~biological-control/?page=Virus%20vs%20Parasitoid