昆虫―微生物共生可能性の探索と分子基盤の解明

2021 年度 実績報告書

• 研究領域: 進化の制約と方向性 ～微生物から多細胞生物までを貫く表現型進化原理の解明～
• 研究課題/領域番号: 17H06388
• 研究機関: 国立研究開発法人産業技術総合研究所
• 研究代表者: 深津 武馬 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 生命工学領域, 首席研究員 (00357881)
• 研究分担者: 古賀 隆一 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 生命工学領域, 研究グループ長 (80356972) ; 重信 秀治 基礎生物学研究所, 新規モデル生物開発センター, 教授 (30399555) ; 細川 貴弘 九州大学, 理学研究院, 助教 (80722206) ; 二河 成男 放送大学, 教養学部, 教授 (70364916) ; 西出 雄大 国立研究開発法人農業・食品産業技術総合研究機構, 生物機能利用研究部門, 主任研究員 (50558096) ; 松浦 優 琉球大学, 熱帯生物圏研究センター, 助教 (80723824)
• 研究期間 (年度): 2017-06-30 – 2022-03-31
• キーワード: 共生 / 微生物 / 昆虫 / 進化可能性

研究実績の概要

(1) チャバネアオカメムシの共生細菌除去幼虫を日本各地から採取した土壌試料に曝露して、細菌感染により羽化した個体を回収することで、環境中に存在する共生可能細菌群の網羅的な探索、分離、同定を行った。(2) 得られた共生可能細菌系統についてゲノム配列決定および感染宿主の中腸共生器官のRNA-seq を行い、細菌側と宿主側の双方について、高発現している遺伝子群や共生能力に関わる可能性のある遺伝子群を同定し、機能解析を実施した。(3) チャバネアオカメムシの共生器官末端盲嚢部で高発現し、共生細菌の垂直伝達に関与すると予想される新規ムチン様タンパク質を同定した。(4) チャバネアオカメムシ地域個体群と難培養共生細菌、培養可能共生細菌、潜在的共生細菌の共進化、感染適合性、感染能比較などの実験生理学的な解析を推進した。(5) チャバネアオカメムシその他のカメムシ類について、難培養共生細菌、培養可能共生細菌、潜在的共生細菌を同定して、培養性、資化能力、細胞形態、運動性などの比較解析を実施し、共生進化レベルとの相関関係について検討した。(6) 異なるレベルの共生能力を示す難培養共生細菌、培養可能共生細菌、潜在的共生細菌を共生細菌除去幼虫に感染させ、感染密度、局在、垂直感染率、宿主共生器官の形態や大きさなどの表現型を定量的に評価した。(7) チャバネアオカメムシ本土集団の難培養共生細菌Aと沖縄集団の難培養共生細菌Bの間で、共生細菌除去、移植、交換などにより宿主―共生細菌間の共進化および特異性について検討を行ない、１令幼虫の中腸M4部位への定着・増殖が特異性を規定することを示した。(8) チャバネアオカメムシ本土系統と沖縄系統の交配実験、および共生細菌AおよびBの定着率を指標にしたRAD-seq QTL解析により、共生特異性に関わる宿主側遺伝子を探索した。

現在までの達成度 (段落)

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [雑誌論文] Perplexing dynamics of Wolbachia proteins for cytoplasmic incompatibility (2022)
  • 著者名/発表者名: Harumoto T, Fukatsu T
  • 雑誌名: PLoS Biology 巻: in press ページ: -
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] A mucin protein predominantly expressed in the female-specific symbiotic organ of the stinkbug Plautia stali (2022)
  • 著者名/発表者名: Moriyama M, Hayashi T, Fukatsu T
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 12 ページ: 7782
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Evolutionary dynamics of host organs for microbial symbiosis in tortoise leaf beetles (Coleoptera: Chrysomelidae: Cassidinae) (2022)
  • 著者名/発表者名: Fukumori K, Oguchi K, Ikeda H, Shinohara T, Tanahashi M, Moriyama M, Koga R, Fukatsu T
  • 雑誌名: mBio 巻: 13 ページ: e03691-21
  • DOI: 10.1128/mbio.03691-21
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Linoleic acid as corpse recognition signal in a social aphid (2022)
  • 著者名/発表者名: Shibao H, Kutsukake M, Matsuyama S, Fukatsu T
  • 雑誌名: Zoological Letters 巻: 8 ページ: 2
  • DOI: 10.1186/s40851-021-00184-w
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Environmental acquisition of gut symbiotic bacteria in the saw-toothed stinkbug Megymenum gracilicorne (Hemiptera: Pentatomoidea: Dinidoridae) (2021)
  • 著者名/発表者名: Nishino T, Hosokawa T, Meng XY, Koga R, Moriyama M, Fukatsu T.
  • 雑誌名: Zoological Science 巻: 38 ページ: 213-222
  • DOI: 10.2108/zs200163
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] カメムシの腸内で共生細菌の消化吸収を制御するHox遺伝子 (2022)
  • 著者名/発表者名: 大石紗友美、森山実、水谷雅希、深津武馬
  • 学会等名: 第66回日本応用動物昆虫学会大会
• [学会発表] チャバネアオカメムシと共生細菌における地域特異的な共生進化機構の解明 (2022)
  • 著者名/発表者名: 小口晃平・西出雄大・森山実・古賀隆一・深津武馬
  • 学会等名: 第66回日本応用動物昆虫学会大会
• [学会発表] 社会性アブラムシにおける個体の「死」を伝える化学シグナル (2022)
  • 著者名/発表者名: 柴尾 晴信、沓掛 磨也子、松山 茂、深津 武馬
  • 学会等名: 第66回日本応用動物昆虫学会大会
• [学会発表] 社会性アブラムシの巣内ホメオスタシスを基軸とした表現型多型の分化機構 (2022)
  • 著者名/発表者名: 松山 茂、沓掛 磨也子、深津 武馬、柴尾 晴信
  • 学会等名: 第66回日本応用動物昆虫学会大会
• [学会発表] 共生細菌の伝達に必須なマルカメムシの新規カプセルタンパク質 (2022)
  • 著者名/発表者名: 水野陽太・森山実・深津武馬
  • 学会等名: 第66回日本応用動物昆虫学会大会
• [学会発表] Toward understanding the general principle of animal-microbe symbiosis (2021)
  • 著者名/発表者名: Fukatsu T
  • 学会等名: World Microbe Forum 2021
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 昆虫と微生物の共生関係を創り出して理解する (2021)
  • 著者名/発表者名: 深津武馬
  • 学会等名: 第68回日本放線菌学会学術講演会
  • 招待講演
• [学会発表] アブラムシ、兵隊、共生微生物：大学院修士課程のころ (2021)
  • 著者名/発表者名: 深津武馬
  • 学会等名: 日本動物学会第92回大会ナリシゲシンポジウム
  • 招待講演
• [学会発表] 共生・進化・生物多様性：自然史研究における琉球島嶼の重要性 (2021)
  • 著者名/発表者名: 深津武馬
  • 学会等名: 特別講演会「進化から自然史を語る」
  • 招待講演
• [学会発表] 昆虫と微生物の共生進化 (2021)
  • 著者名/発表者名: 深津武馬
  • 学会等名: 高校生のための日本進化学会東京大会プレ講座
  • 招待講演
• [学会発表] カメムシ科昆虫における共生細菌の垂直伝達のための新奇な行動 (2021)
  • 著者名/発表者名: 森山実、深津武馬
  • 学会等名: 日本昆虫学会第81回大会
• [学会発表] 変態関連遺伝子によるカメムシ共生器官および共生細菌の形態制御 (2021)
  • 著者名/発表者名: 大石紗友美、水谷雅希、森山実、深津武馬
  • 学会等名: 日本動物学会第92回大会
• [学会発表] 共生細菌を守るマルカメムシの新規カプセルタンパク質 (2021)
  • 著者名/発表者名: 水野陽太、森山実、深津武馬
  • 学会等名: 日本進化学会第23回大会
• [学会発表] 社会性アブラムシの兵隊分化における初期発現遺伝子の解析 (2021)
  • 著者名/発表者名: 沓掛磨也子、柴尾晴信、深津武馬
  • 学会等名: 日本動物学会第92回大会
• [備考] 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 生物共生進化機構研究グループ
  • URL: https://unit.aist.go.jp/bpri/bpri-symbio/
• [備考] 新学術領域 進化制約方向性～微生物から多細胞生物までを貫く表現型進化原理の解明～
  • URL: http://constrained-evo.org/index.html