菌細胞塊形成の分子発生機構解明 － 共生器官の進化発生学

2015 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 13J04567
• Research Institution: Hokkaido University
• Principal Investigator: 松浦 優 北海道大学, 地球環境科学研究院, 特別研究員(PD)
• Project Period (FY): 2013-04-01 – 2016-03-31
• Keywords: 菌細胞 / 細胞内共生 / 胚発生 / 共生器官 / ヒメナガカメムシ / 進化 / トランスクリプトーム / 免疫

Outline of Annual Research Achievements

少なからぬ昆虫種が自らの生存に必須な共生細菌を維持するための特殊な共生器官を発達させる.本研究では,昆虫ー微生物間の必須共生関係が進化する過程で,どのように共生器官が獲得されたのかを解明するため,多様な細胞内共生系を獲得したナガカメムシ類を対象とし,菌細胞塊の進化発生学的起源と共生器官の形成を制御する分子機構の同定を目指す. 本年度は,ヒメナガカメムシNysius plebeiusの菌細胞形成について詳細なRNA-seq解析を行った．具体的には，ヒメナガカメムシの菌細胞形成に必須な転写因子Ubx遺伝子のRNAi処理胚，無処理胚において，菌細胞が形成される部位の細胞群で発現が変動する遺伝子を探索した．

Bowtie2,RSEMを用いてヒメナガカメムシ遺伝子の参照配列にマッピングし，edgeRで時間，処理区ごとに発現量を比較したところ，598個の遺伝子が有意に変動していることが明らかになった(FDR, p<0.001)．次に，発現量が大きく変動していた遺伝子群のうち，コントロール区と比べて，Ubx-RNAi処理によって発現量が大きく減少している遺伝子群に注目した．これらの遺伝子群には，共生器官そのものの役割として重要と思われる栄養代謝関連の遺伝子，細胞形態を制御する遺伝子や免疫関連遺伝子が多く見られることがわかった．この結果は、本来昆虫の自然免疫系が体腔中に侵入してくる病原微生物を攻撃するのとは対照的に，免疫関連遺伝子が共生細菌の取り込みや維持に何らかの重要な役割を担っている可能性があることを示唆している．

最後に，共生器官を有する６種のナガカメムシの胚発生を蛍光in situ ハイブリダイゼーション法と共焦点顕微鏡によって観察し，多様な共生器官の形成過程を明らかにした結果について，ドイツの協力者とともに画像データ解析，考察したのち，論文執筆をすすめた．

Research Progress Status

27年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

27年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Int'l Joint Research] University of Bayreuth/University of Cologne(Germany)
  • Country Name: Germany
  • Counterpart Institution: University of Bayreuth/University of Cologne
• [Journal Article] Ultrabithorax is essential for bacteriocyte development. (2015)
  • Author(s): Matsuura, Y., Kikuchi, Y., Miura, T., Fukatsu, T.
  • Journal Title: Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. Volume: 112 Pages: 9376-9381
  • DOI: 10.1073/pnas.1503371112
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Burkholderia of plant-beneficial group are symbiotically associated with bordered plant bugs (Heteroptera: Pyrrhocoroidea: Largidae). (2015)
  • Author(s): Takeshita, K., Matsuura, Y., Itoh, H., Navarro, R., Hori, T., Sone, T., Kamagata, Y., Mergaert, P., Kikuchi, Y.
  • Journal Title: Microbes and Environments. Volume: 30 Pages: 321-329
  • DOI: 10.1264/jsme2.ME15153
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Presentation] Transcriptomic and genomic dissection of microbial symbiosis in a hemipteran insect, Nysius plebeius (2016)
  • Author(s): Yu Matsuura
  • Organizer: ICE 2016, the XXV International Congress of Entomology
  • Place of Presentation: Orlando, Florida, USA
  • Year and Date: 2016-09-26
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] ヒメナガカメムシ菌細胞の形成に関わる遺伝子群の探索 (2016)
  • Author(s): 松浦優, 小川浩太, 松波雅俊, 菊池義智, 重信秀治, 深津武馬, 三浦徹
  • Organizer: 日本昆虫学会第76回大会・第60回日本応用昆虫学会大会 合同大会
  • Place of Presentation: 大阪府立大学中百舌鳥キャンパス（大阪府堺市）
  • Year and Date: 2016-03-29
• [Presentation] 日本産セミ類から新たに発見された冬虫夏草のような共生真菌 (2016)
  • Author(s): 松浦優, 森山実, 棚橋薫彦, 菊池義智, 深津武馬
  • Organizer: 平成27年度日本応用動物昆虫学会・日本昆虫学会共催北海道支部大会
  • Place of Presentation: 北海道大学農学部（北海道札幌市）
  • Year and Date: 2016-01-19
• [Presentation] Hox 遺伝子が司る共生器官の発生 -ナガカメムシにおける菌細胞の進化- (2015)
  • Author(s): 松浦優
  • Organizer: 日本進化学会第17回東京大会
  • Place of Presentation: 中央大学後楽園キャンパス（東京都文京区）
  • Year and Date: 2015-08-21
• [Presentation] Bacteriocyte development regulated by Hox genes in an insect, Nysius plebeius (2015)
  • Author(s): Matsuura, Y., Kikuchi, Y., Miura, T., Fukatsu, T.
  • Organizer: Gordon Research Conference, Animal-Microbe Symbioses
  • Place of Presentation: Waterville Valley（New Hampshire, USA）
  • Year and Date: 2015-05-22 – 2015-05-23
  • Int'l Joint Research
• [Remarks] 産業技術総合研究所 プレスリリース「昆虫の共生のための細胞がどのようにできるかを解明」
  • URL: http://www.aist.go.jp/aist_j/press_release/pr2015/pr20150714/pr20150714.html
• [Remarks] 北海道大学 プレスリリース「昆虫の共生のための細胞がどのようにできるかを解明」
  • URL: http://www.hokudai.ac.jp/news/150714_ees_pr.pdf