2019 Fiscal Year Research-status Report
被食者―捕食者相互作用を利用した個体成長を支える栄養バランス基盤の構成的理解
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17KT0018
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
上村 匡 京都大学, 生命科学研究科, 教授 (80213396)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
古谷 寛治 京都大学, 生命科学研究科, 講師 (90455204)
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| Project Period (FY) |
2017-07-18 – 2021-03-31
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| Keywords | 栄養 / 成長 / 生物間相互作用 / オミックス / 共生細菌 / 共生真菌 / 酵母 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
栄養条件、特に栄養バランスが個体の成長や器官形成に果たす役割については、不明な点が多い。この課題を克服するために、被食者（共生微生物）と捕食者（ショウジョウバエ）との生物間相互作用に着目し、被食者が含む栄養バランスの多様性と捕食者の応答メカニズムの、双方を検証する構成的アプローチを採用した。キイロショウジョウバエは、自然界において、共生微生物によって発酵した果物を主な餌としている。無菌化したショウジョウバエの幼虫は、新鮮なバナナだけでは蛹まで発生することができないが、バナナに出芽酵母を植菌すると、蛹まで正常に発生できることが示されている。したがって、酵母などの微生物は果物に含まれない、あるいは含まれるが微量である成分を濃縮したり、生合成したりして、自身が幼虫に摂食されることで、ショウジョウバエの発生において必須の役割を担っている。そこで、野外餌中の微生物叢の構成を調べ、発酵に伴い変化することを明らかにした。加えて、成虫が餌に持ち込む微生物が餌中の微生物叢形成に重要である一方、餌中の幼虫は微生物叢の構成に大きな影響は与えないことも見出した。
並行して、これらのサンプルから単離した個々の微生物種が、幼虫の発生を支えられるかどうかを検討するために、滅菌したバナナ培地に単離した微生物種を植菌してショウジョウバエの幼虫に摂食させ、発生率を調べる実験も行った。まず微生物叢を構成するどの種が栄養素供給源としての役割を果たすのかを調べるために、野外餌から100株以上の微生物を単離した。種同定を行った結果、単離した株は真菌種と細菌分類群（種または属）に属することを示した。また、各株が幼虫の成長に寄与するかを定量的に評価する実験系を構築して、単離した酵母株を評価し、成長に必要な栄養を供給できる株（栄養充足株）と、栄養素を十分に供給できない株（栄養不足株）を見出した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
野外にバナナトラップを設置し、ショウジョウバエが摂食した発酵したバナナを採取した。このバナナをサンプルとした微生物叢解析の結果から、ショウジョウバエの幼虫が摂食する餌に存在する微生物の種と存在量比を明らかにした。また、幼虫の餌中の微生物叢と親バエの微生物叢を比較することにより、幼虫が摂食する餌の微生物叢が、成虫により餌に持ち込まれた微生物により構成されることを支持する結果も得た。並行して、個々の微生物種が幼虫の発生を支えられるかどうかを検討するために、餌サンプルから100系統以上の微生物を単離した。そして、滅菌したバナナ培地に単離した各々の微生物種を植菌して、ショウジョウバエ幼虫に摂食させ、発生率を調べる実験も開始した。共生細菌と比べ、ヒトを含むどの動物種でも圧倒的に知見の少ない共生真菌に着目し、幼虫の発生を支えられる種と支えられない種の違いを分子レベルで解析するために、単離した複数種の酵母について、ゲノムシーケンスとアセンブリ、およびゲノムアノテーションを完了した。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は、ゲノム情報を用いた栄養充足酵母株と不足酵母株の対比から、充足株が幼虫の成長を支える機構を分子レベルで解明することを目指す。さらに、単離した株を混合して幼虫に与えることで、幼虫が多様な微生物と共生することの意義や、餌の微生物叢構成が栄養素供給にどのように影響するかを追究する。以上一連の解析により、ショウジョウバエ幼虫と複数の微生物種が共存する環境下での種間関係を、栄養素供給により個体成長を支えるシステムとして理解することを目指す。
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| Causes of Carryover |
野外から分離した酵母種がショウジョウバエの幼虫にどのような栄養成分を供給しているのかを調べる参考として、出芽酵母変異株を餌とした与えた実験も進めていた。そして、幼虫の発生率に影響を与える出芽酵母変異株を分離した。その結果、発生率を変化させる原因となる出芽酵母変異株および野外から分離した酵母種中の成分の絞り込みや、摂食した側のオミクス解析に予想以上の検体数が必要となる見込みとなった。オミクス解析に必要な消耗品や解析委託の費用にあて、研究の遂行に支障が生じないようにしたい。
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