2015 Fiscal Year Annual Research Report
クワガタムシ・コガネムシ類における昆虫－菌類の共生関係の解明と保全生物学的応用
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14J09621
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| Research Institution | National Institute of Advanced Industrial Science and Technology |
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Principal Investigator |
棚橋 薫彦 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, 特別研究員(PD)
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| Project Period (FY) |
2014-04-25 – 2017-03-31
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| Keywords | クワガタムシ / 菌嚢 / 共生酵母 / 木材構成糖 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
1)クワガタムシ共生酵母の多様性と種特異性： クワガタムシ類は代表的な食材性昆虫であり、幼虫は腐朽材を食べて育つ。クワガタムシのメス成虫は菌嚢と呼ばれる器官にキシロース発酵性酵母を保持している。この共生酵母は産卵時に子孫に伝達され、幼虫による腐朽材の消化を助けると考えられるが、酵母の宿主特異性や垂直伝達メカニズムについては未解明の部分が大きい。平成27年度は、東アジアおよびヨーロッパ産のクワガタムシ約40種から共生酵母を分離培養し、分子系統解析を行って、宿主クワガタムシの種との対応関係を調べた。これにより、平成26年度からの累積で、100種以上のクワガタムシについて共生酵母の調査が完了したことになる。
2)クワガタムシの食性と共生菌の対応関係： クワガタムシは、材の樹種に対する選好性をほとんど持たないが、腐朽のタイプに対しては明確な選好性を示す。木材腐朽のタイプには白色腐朽、褐色腐朽、および軟腐朽が存在し、それぞれ化学的特性が大きく異なる。本年度は、各々の腐朽タイプを選好する代表的な種であるコクワガタ、ツヤハダクワガタ、およびルリクワガタと、特殊な生態や生活史を示すマグソクワタ、ルイスツノヒョウタンクワガタの共生酵母について、木材構成成分の分解能力を培養試験によって調べた。その結果、調査した全ての共生酵母が木材ヘミセルロースの主要構成糖であるキシロースの資化活性を持っていた。一方、セルロースの構成分子であるセロビオースについては、マグソクワガタの共生酵母を除くすべての種の共生酵母が持っていた。
3)クワガタムシの地理的分布と共生酵母の温度適応： 日本産のクワガタムシは、熱帯～暖温帯性の種と冷温帯性の種に二分できる。本年度の研究では、16種32個体から取得した共生酵母株の発育上限温度を調べ、山地性種の共生酵母が高温に弱い傾向があることを発見した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
1)クワガタムシ共生酵母の多様性と種特異性： 本研究課題の研究実施計画では、世界のクワガタムシ類100種以上から共生酵母を分離培養し、分子系統解析を行って、宿主クワガタムシの種との対応関係を調べることを目標としていた。平成26年度からの累積で、本年度末までに100種を超えるクワガタムシについて共生酵母の調査が完了しており、本研究課題は当初の計画以上に順調に進展しているものと判断できる。
2)クワガタムシの食性と共生菌の対応関係： クワガタムシの幼虫はほとんどが腐朽材食であるが、種によって選好する木材腐朽のタイプ（白色腐朽、褐色腐朽、および軟腐朽）が異なる。また、一部の種は河川の砂地や海岸沿いなど特殊な環境に生息する。本年度の研究では、これらの食性や生活史を示す代表的なクワガタムシから１種ずつを選んで、木材構成成分の分解能力を培養試験によって調べた。本研究課題の研究実施計画では各々の食性・生活史を示す種から各1～3種を選んで同様の解析を行う予定であり、現時点で本研究課題はおおむね順調に進展しているものと判断できる。
3)クワガタムシの地理的分布と共生酵母の温度適応： 日本産のクワガタムシは、熱帯～暖温帯性の種と冷温帯性の種に二分できる。本年度の研究では、16種32個体から取得した共生酵母株の生育上限温度を調べ、山地性種の共生酵母が高温に弱い傾向があることを発見した。一方で、本研究課題の研究実施計画では、これらの酵母の高温感受性の分子メカニズムを次世代シーケンサーを用いたRNAseqで解析することを目指していたが、これについては、現時点では2種のクワガタ共生酵母を用いた予備的なRNAseq解析のみ完了しており、進捗状況は予定よりやや遅れていると判断できる。
以上を総合して、本研究課題はおおむね順調に進展していると判断した。
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| Strategy for Future Research Activity |
1)クワガタムシ共生酵母の多様性と種特異性： 平成28年度以降の研究計画では、台湾、韓国、中国などの研究者と共同で、これらの地域に分布するクワガタムシを網羅的に調査し、共生酵母の解析を行うことを目標としている。また、代表的な共生酵母株についてEGFP組替え体を作成し、それらをクワガタムシの孵化幼虫に感染させて、共生酵母の体内動態をGFP蛍光を用いて観察する。本研究は国内外のさまざまな研究者と共同で行っているため、論文発表時の著者や各々の共同研究先の個別の事情を鑑みて、いくつかの論文に分割して発表することを計画している。特に海外との共同研究に関連するものについては、可能な限り早期の論文発表を目指す。
2)クワガタムシの食性と共生菌の対応関係： 平成28年度の研究では、各々の腐朽タイプを選好する代表的なクワガタムシの共生酵母について、木材構成成分の分解能力やその他の生理活性を、培養試験およびRNA-seqを用いた遺伝子発現解析によって調べることを目標とする。さらに、異なる食性を持つクワガタムシ間で共生酵母を入れ替えた場合にクワガタムシ幼虫の食物利用能力が変化するかを調べる。
3)クワガタの分布と共生菌の高温感受性： 本年度の研究では、日本産クワガタムシ16種について、緯度の標高の異なる3-10地点から分離した共生菌株を10℃～40℃で培養して生育および生存上限温度を調べ、共生菌の高温感受性と宿主クワガタムシの地理的分布の対応を明らかにする。また、各々の温度で培養した酵母のRNAseqを行い、高温耐性遺伝子の同定を試みる。これらの結果から、各々のクワガタムシの種について、共生酵母の高温耐性を指標とした宿主の分布可能性の推定を行う。
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Research Products
(7 results)
