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2013 年度 実績報告書

昆虫―大腸菌人工共生系による共生進化および分子機構の解明

研究課題

研究課題/領域番号 25221107
研究種目

基盤研究(S)

研究機関独立行政法人産業技術総合研究所

研究代表者

深津 武馬  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, 首席研究員 (00357881)

研究分担者 古賀 隆一  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 (80356972)
二河 成男  放送大学, 教養学部, 教授 (70364916)
中島 裕美子  琉球大学, 熱帯生物圏研究センター, 准教授 (70244340)
研究期間 (年度) 2013-05-31 – 2018-03-31
キーワード昆虫 / チャバネアオカメムシ / 腸内共生細菌 / 大腸菌 / 実験進化 / ゲノム解析 / 分子機構
研究概要

・6種共生細菌ゲノムの完全塩基配列決定:共生細菌Cの4.3Mbのゲノムおよび0.73M,0.5,0.2Mの3つのプラスミドから成る全ゲノム配列を決定した。共生細菌AとCのゲノムを比較すると、遺伝子の塩基配列にそれほど大きな差はないものの、挿入配列の単純化と増加、遺伝子順序(シンテニー)の変化に非常に大きな差があることがわかった.他の5種の共生細菌ゲノムの決定も最終段階にある。
・共生細菌の形質転換系、遺伝子破壊系の確立:培養できる共生細菌C, D, E, Fについてトランスポゾン挿入によるGFP発現系統を確立した。
・共生細菌フォスミドライブラリー導入大腸菌のスクリーニングによる共生関連遺伝子候補の網羅的取得:共生細菌Cのフォスミドライブラリーを作成し、シーケンシングで挿入領域を特定したクローンを200以上取得し、スクリーニングを開始した。
・チャバネアオカメムシに人工共生させた大腸菌の継続的な飼育維持、選抜による実験共生進化解析:次世代シーケンサーによる配列決定技術の急速な進捗及びゲノム進化の加速効果を鑑み、大腸菌系統としてK-12由来のBW25113を使用することにし、ΔmutS突然変異体もBW25113から作成した。BW25113を用いて一連の予備実験を行い,1)細菌の獲得量は接種源となる培養液の濃度に比例し、0.1ODの接種源で3000個程度の細菌を獲得する、2)この条件で大腸菌を獲得させた個体は成虫時におよそ108個の大腸菌を保有している、3)この大腸菌の量は培養を経ずに次世代の接種を行うに十分な量である;等を確認したうえで、本実験を1)体色(より緑色を示すもの),2)成長速度(羽化日数が短いもの),3)体サイズ(胸部幅が広いもの),4)総合力(体色,体サイズ,共生器官の発達具合の3項目の成績が最も良好なもの)の4つの選択基準をもとに開始した。

現在までの達成度 (区分)
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

・6種共生細菌ゲノムの完全塩基配列決定:共生細菌Cのゲノムの完全決定した一方で、他の5種については完全決定がまだである点に予定より若干の遅れがみられるが、それらもすべて最終段階に入っており、平成26年度中にすべて完全決定の予定である。
・共生細菌の形質転換系、遺伝子破壊系の確立:トランスポゾンによる遺伝子導入系を確立し、順調に進捗している。
・共生細菌フォスミドライブラリー導入大腸菌のスクリーニングによる共生関連遺伝子候補の網羅的取得:共生細菌Cのフォスミドライブラリーの構築、形質転換大腸菌の宿主カメムシへの感染および表現型スクリーニングが順調に進捗している。
・チャバネアオカメムシに人工共生させた大腸菌の継続的な飼育維持、選抜による実験共生進化解析:基本的な飼育実験系および表現型スクリーニング系の立ち上げを完了し、野生型大腸菌について実験を開始し、ΔmutS大腸菌系統も作成済みであり、順調に進捗している。

今後の研究の推進方策

・6種共生細菌ゲノムの完全塩基配列決定について、共生細菌A, B, D, E, Fのゲノムを完全決定する。
・共生細菌の形質転換系、遺伝子破壊系の確立について、相同組換え等による遺伝子破壊系を確立する。
・共生細菌フォスミドライブラリー導入大腸菌のスクリーニングによる共生関連遺伝子候補の網羅的取得について、共生細菌Cについて徹底的に進め、ゲノム上の共生関連遺伝子候補を網羅的に取得する。
・共生関連遺伝子の同定および機能解析について、上で得られたフォスミドクローン上の遺伝子群について、共生関連遺伝子の同定および機能解析を進める。
・チャバネアオカメムシに人工共生させた大腸菌の継続的な飼育維持、選抜による実験共生進化解析については、野生型大腸菌およびΔmutS大腸菌系統について共生進化実験を本格的に遂行する。

  • 研究成果

    (9件)

すべて 2014 その他

すべて 雑誌論文 (1件) (うち査読あり 1件) 学会発表 (7件) (うち招待講演 5件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] Bacterial symbionts of a devastating coffee pest, the stinkbug Antestiopsis thunbergii (Hemiptera: Pentatomidae)2014

    • 著者名/発表者名
      Matsuura Y., Hosokawa T., Serracin M.,Tulgetske G. M., Miller T. A., Fukatsu T.
    • 雑誌名

      Applied and Environmental Microbiology

      巻: - ページ: 印刷中

    • DOI

      10.1128/AEM.00554-14

    • 査読あり
  • [学会発表] 昆虫―微生物共生系の大規模解析

    • 著者名/発表者名
      深津武馬
    • 学会等名
      日本動物学会第84回岡山大会
    • 発表場所
      岡山大学(岡山県)
    • 招待講演
  • [学会発表] 昆虫―大腸菌人工共生系による共生進化および分子機構の解明

    • 著者名/発表者名
      深津武馬
    • 学会等名
      理化学研究所生命システム研究センターセミナー
    • 発表場所
      理化学研究所生命システム研究センター
    • 招待講演
  • [学会発表] Evolutionary Origins of Mutualistic Bacterial Symbionts in Natural Insect Populations: from Free-living through Facultative to Obligate Associations

    • 著者名/発表者名
      Takema Fukatsu
    • 学会等名
      Keystone Symposium ”Mechanisms and Consequences of Invertebrate-Microbe Interactions”
    • 発表場所
      Granlibakken Resort, Tahoe City, California, USA
    • 招待講演
  • [学会発表] Biodiversity, Endosymbiosis and Evolution

    • 著者名/発表者名
      Takema Fukatsu
    • 学会等名
      The 1st Asian Invertebrate Immunology Symposium
    • 発表場所
      In-Duk Hall, Pusan National University, Korea
    • 招待講演
  • [学会発表] 共生がもたらす生命の多様性

    • 著者名/発表者名
      深津武馬
    • 学会等名
      日本化学会第94春季年会 市民公開講座
    • 発表場所
      名古屋大学 野依記念学術交流館(愛知県)
    • 招待講演
  • [学会発表] チャバネアオカメムシの必須共生細菌の多型はいかにして生じたか

    • 著者名/発表者名
      細川貴弘、石井佳子、菊地義智、中島裕美子、深津武馬
    • 学会等名
      第58回日本応用動物昆虫学会大会
    • 発表場所
      高知大学(高知県)
  • [学会発表] チャバネアオカメムシ共生細菌のフォスミドライブラリーを用いた生関連遺伝子の探索

    • 著者名/発表者名
      石井佳子、細川貴弘、木村信忠、二河成男、菊池義智、深津武馬
    • 学会等名
      第8回日本ゲノム微生物学会年会
    • 発表場所
      東京農業大学 世田谷キャンパス(東京都)
  • [備考] 昆虫―大腸菌人工共生系による共生進化および分子機構の解明

    • URL

      https://staff.aist.go.jp/t-fukatsu/KBNSHome.html

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公開日: 2015-05-28  

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