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

2017 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 25221107
• 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, 主任研究員 (80356972) ; 二河 成男 放送大学, 教養学部, 教授 (70364916) ; 細川 貴弘 九州大学, 理学研究院, 助教 (80722206)
• 研究期間 (年度): 2013-05-31 – 2018-03-31
• キーワード: 昆虫 / 共生 / 大腸菌 / 分子機構 / 実験進化

研究実績の概要

・チャバネアオカメムシ共生細菌A (4103333 + 38552 bp), B (2332850 + 91417 + 29879 + 12450 bp), C (4318340 + 715842 + 191129 bp), D (4376833 + 920084 + 176579 + 150663 bp), E (4302272 + 954251 + 211487 bp), F (4082193 + 421914 + 193573 bp)のゲノム配列を完全決定した。
・異なる共生細菌のプラスミドに共通してカロテノイド合成系及びIV型分泌装置の遺伝子を同定し、共生機能との関連を強く示唆した。Cについてカロテノイド合成欠損株の作成に成功し、宿主の感染や生存に影響はなかったが、体色の変化を認めた。
・フォスミドライブラリースクリーニングにより共生細菌CとDについて共生に関与すると思われるゲノム領域の同定に成功した。
・高速進化大腸菌系統ΔmutSに感染させたチャバネアオカメムシの継続的な累代飼育により、10以上の進化系列の大半において30-80％に達する高い羽化率の進化を観測した。これら共生進化大腸菌系列は共通してコロニー形態の変化、細胞外多糖産生の減少などを呈した。それらのゲノムリシーケンス及びRNAseqを行い、ゲノム部分欠失や部分重複がダイナミックに起こっているのを検出した。また人工共生進化大腸菌の宿主羽化率が低い系列/世代と向上した系列/世代で、遺伝子発現パターンが明確にクラスタリングされることを示した。
・その他、昆虫形状/色彩解析ソフトウェアの開発と公開；ゾウムシ共生細菌によるクチクラ硬化の解明；ハムシ共生細菌による細胞壁消化酵素産生の解明；多様なカメムシ類や甲虫類の新規共生細菌の解明；セミにおける寄生菌から共生菌への進化の解明；など。

現在までの達成度 (段落)

29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

29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] Recurrent symbiont recruitment from fungal parasites in cicadas (2018)
  • 著者名/発表者名: Matsuura Y., Moriyama M., Lukasik P., Vanderpool D., Tanahashi M., Meng X. Y., McCutcheon J. P., Fukatsu T.
  • 雑誌名: Proc Natl Acad Sci USA 巻: 115 ページ: 印刷中
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Natsumushi - An image measuring software for entomological studies (2018)
  • 著者名/発表者名: Tanahashi M., Fukatsu T.
  • 雑誌名: Entomol Sci 巻: 21 ページ: 印刷中
  • 査読あり
• [雑誌論文] Aseptic rearing procedure for the stinkbug Plautia stali (Hemiptera: Pentatomidae) by sterilizing food-derived bacterial contaminants (2017)
  • 著者名/発表者名: Nishide Y., Onodera-Tanifuji N., Tanahashi M., Moriyama M., Fukatsu T., Koga R.
  • 雑誌名: Appl Entomol Zool 巻: 52 ページ: 407-415
  • DOI: 10.1007/s13355-017-0495-y
  • 査読あり
• [雑誌論文] Small genome symbiont underlies cuticle hardness in beetles (2017)
  • 著者名/発表者名: Anbutsu H., Moriyama M., Nikoh N., Hosokawa T., Futahashi R., Tanahashi M., Meng X. Y., Kuriwada T., Mori N., Oshima K., Hattori M., Fujie M., Satoh N., Maeda T., Shigenobu S., Koga R., Fukatsu T.
  • 雑誌名: Proc Natl Acad Sci USA 巻: 114 ページ: E8382-E8391
  • DOI: 10.1073/pnas.1712857114
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Drastic genome reduction in an herbivore's pectinolytic symbiont (2017)
  • 著者名/発表者名: Salem H., Bauer E., Kirsch R., Berasategui A., Cripps M., Weiss B., Koga R., Fukumori K., Vogel H., Fukatsu T., Kaltenpoth M.
  • 雑誌名: Cell 巻: 171 ページ: 1520-1531
  • DOI: 10.1016/j.cell.2017.10.029
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Symbiotic bacteria associated with gut symbiotic organ and female genital accessory organ of the leaf beetle Bromius obscurus (Coleoptera: Chrysomelidae) (2017)
  • 著者名/発表者名: Fukumori K., Koga R., Nikoh N., Fukatsu T.
  • 雑誌名: Appl Entomol Zool 巻: 52 ページ: 589-598
  • DOI: 10.1007/s13355-017-0513-0
  • 査読あり
• [雑誌論文] A novel, extremely elongated, and endocellular bacterial symbiont supports cuticle formation of a grain pest beetle (2017)
  • 著者名/発表者名: Hirota B., Okude G., Anbutsu H., Futahashi R., Moriyama M., Meng X. Y., Nikoh N., Koga R., Fukatsu T.
  • 雑誌名: mBio 巻: 8 ページ: e01482-17
  • DOI: 10.1128/mBio.01482-17
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Novel bacteriocyte-associated pleomorphic symbiont of the grain pest beetle Rhyzopertha dominica (Coleoptera: Bostrichidae) (2017)
  • 著者名/発表者名: Okude G., Koga R., Hayashi T., Nishide Y., Meng X. Y., Nikoh N., Miyanoshita A., Fukatsu T.
  • 雑誌名: Zool Let 巻: 3 ページ: 13
  • DOI: 10.1186/s40851-017-0073-8
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Specificity and genetic diversity of xylose-fermenting Scheffersomyces yeasts associated with small blue stag beetles of the genus Platycerus in East Asia (2017)
  • 著者名/発表者名: Tanahashi M., Kim J. K., Watanabe K., Fukatsu T., Kubota K.
  • 雑誌名: Mycologia 巻: 109 ページ: 630-642
  • DOI: 10.1080/00275514.2017.1382648
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] A novel symbiotic ciliate (Ciliophora: Peritrichia) in the hindgut of a stag beetle (Coleoptera: Lucanidae) (2017)
  • 著者名/発表者名: Tanahashi M., Meng X. Y., Fukatsu T.
  • 雑誌名: Zool Sci 巻: 34 ページ: 217-222
  • DOI: 10.2108/zs170012
  • 査読あり
• [学会発表] チャバネアオカメムシの共生細菌になれる環境細菌となれない環境細菌の違い (2018)
  • 著者名/発表者名: 渡邊修人・深津武馬・細川貴弘
  • 学会等名: 第62回日本応用動物昆虫学会大会
• [学会発表] カメムシと仲良くなった大腸菌は何が変わったのか？ (2018)
  • 著者名/発表者名: 古賀隆一，西出雄大，小野寺(谷藤)直子，深津武馬
  • 学会等名: 第62回日本応用動物昆虫学会大会
• [学会発表] クヌギカメムシが産生する卵保護物質の分子・生化学基盤の解明 (2018)
  • 著者名/発表者名: 森山実、深津武馬
  • 学会等名: 日本応用動物昆虫学会第62回大会
• [学会発表] 糸状菌が繁茂するノコギリカメムシの後脚で発現変動している遺伝子の解析 (2018)
  • 著者名/発表者名: 西野貴騎・細川貴弘・向井裕美・棚橋薫彦・立川周二・深津武馬
  • 学会等名: 日本応用動物昆虫学会第62回大会
• [学会発表] カメノコハムシ類における極小ゲノム共生細菌Stammeraの機能および進化 (2018)
  • 著者名/発表者名: 福森香代子・古賀隆一・Hassan Salem・Martin Kaltenpoth・深津武馬
  • 学会等名: 日本応用動物昆虫学会第62回大会
• [学会発表] ノコギリヒラタムシ菌細胞共生細菌の同定および機能解析 (2018)
  • 著者名/発表者名: 廣田敏・奥出絃太・安佛尚志・二橋亮・森山実・孟憲英・二河成男・古賀隆一・深津武馬
  • 学会等名: 日本応用動物昆虫学会第62回大会
• [学会発表] 共生細菌は、宿主アブラムシの内分泌系を操作し、体色変化を引き起こす？ (2018)
  • 著者名/発表者名: 土`田努・大西浩平・前田太郎・重信秀治・二河成男・深津武馬
  • 学会等名: 日本応用動物昆虫学会第62回大会
• [学会発表] 複数種の細菌と同時共生しているカメムシはなぜ少ないのか (2018)
  • 著者名/発表者名: 今西萌美、西出雄大、細川貴弘
  • 学会等名: 日本応用動物昆虫学会第62回大会
• [学会発表] カメムシ上科における共生細菌の垂直伝播機構および共生細菌の置換実験 (2018)
  • 著者名/発表者名: 細川貴弘
  • 学会等名: 日本応用動物昆虫学会第62回大会
• [学会発表] Symbiosis for cuticle hardness of beetles (2017)
  • 著者名/発表者名: Takema Fukatsu
  • 学会等名: The 29th CDB Meeting “Mavericks, New Models in Developmental Biology”
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 共生微生物の代謝系がもたらす昆虫の環境適応 (2017)
  • 著者名/発表者名: 深津武馬
  • 学会等名: 第44回日本毒性学会学術年会シンポジウム「ケミカルエコロジーと毒性学」
  • 招待講演
• [学会発表] 共生・進化・多様性 (2017)
  • 著者名/発表者名: 深津武馬
  • 学会等名: 日本学術会議シンポジウム「進化学と自然史博物館」
  • 招待講演
• [学会発表] 共生細菌が担うクロカタゾウムシの黒さと硬さ (2017)
  • 著者名/発表者名: 安佛尚志、森山実、二河成男、深津武馬
  • 学会等名: 日本昆虫学会第77回大会
• [学会発表] 冬虫夏草はどのようにセミの共生真菌へと進化したのか？ (2017)
  • 著者名/発表者名: 松浦優, 森山実, 棚橋薫彦, 孟憲英, Lukasik Piotr, Vanderpool Dan, 菊池義智, McCutcheon John, 深津武馬
  • 学会等名: 日本進化学会第19回大会
• [学会発表] 宿主昆虫の体色変化を引き起こす細胞内共生細菌Rickettsiella viridisの比較ゲノム解析 (2017)
  • 著者名/発表者名: 二河成男、土`田努、前田太郎、山口勝司、重信秀治、古賀隆一、深津武馬
  • 学会等名: 日本進化学会第19回大会
• [学会発表] A novel symbiotic organ on the hindleg of Megymenum gracilicorne (Insecta: Hemiptera: Dinidoridae) associated with fungal symbionts (2017)
  • 著者名/発表者名: Takanori Nishino, Takahiro Hosokawa, Masahiko Tanahashi, Hiromi Mukai, Shuji Tachikawa, Takema Fukatsu
  • 学会等名: Gordon Research Conference “Animal-Microbe Symbioses”
  • 国際学会
• [学会発表] Symbiosis for beetle’s hardness (2017)
  • 著者名/発表者名: Hisashi Anbutsu, Minoru Moriyama, Naruo Nikoh, Takahiro Hosokawa, Ryo Futahashi, Masahiko Tanahashi, Xian-Ying Meng, Takashi Kuriwada, Naoki Mori, Kenshiro Oshima, Masahira Hattori, Manabu Fujie, Nori Satoh, Taro Maeda, Shuji Shigenobu, Ryuichi Koga, and Takema Fukatsu
  • 学会等名: Gordon Research Conference “Animal-Microbe Symbioses”
  • 国際学会
• [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
• [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/index.htm