昆虫における細胞内共生器官の発生および進化機構の解明

阐明昆虫内共生器官的发育和进化机制

• 批准号: 20J13769
• 负责人: 廣田 敏
• 金额: $ 1.47万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2020
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2020-04-24 至 2022-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20J13769/
• 关键词: 共生細菌; 菌細胞塊; 共生器官; 甲虫; RNAi; 全ゲノム解析; 細胞内共生; 胚発生

昆虫類には、微生物を体内に取り込み、その能力を利用するものが数多く知られている。なかでも高度な共生関係を築いた種では、「菌細胞」という微生物を細胞内に保有するための細胞が分化しており、それらは集合して「菌細胞塊」という共生組織/器官を形成する。菌細胞塊は多様な分類群の昆虫で見られるが、その進化発生学的な起源はカメムシ目のエンドウヒゲナガアブラムシおよびヒメナガカメムシ、並びにアリ目のフロリダオオアリなどごく一部の昆虫を除き明らかでない。本研究では、RNAi法による逆遺伝学的解析が容易なコウチュウ目の昆虫（甲虫）を用いて、（１）菌細胞塊という共生のために特殊化した細胞/組織/器官がどのように形成されるのか、（２）またその形成過程において、どのような生物間相互作用が見られるのか、という点に着目して、菌細胞塊の形成機構を細胞レベルおよび分子レベルで解明し、その進化的起源への洞察を得ることをめざした。今年度はホソヒラタムシ科甲虫のノコギリヒラタムシOryzaephilus surinamensisの胚発生におけるパターン形成遺伝子の機能解析を行ない、中胚葉の形成に関わるtwistのRNAiにより、菌細胞塊の形成が阻害されることを新規に確認した。また、一生を樹液環境に依存する特殊な甲虫ヒメトゲムシ科のクロヒメトゲムシNosodendron coenosumおよびケモンヒメトゲムシNosodendron asiaticum菌細胞塊内の共生細菌の全ゲノム解析を行ない、これら２種の共生細菌がチロシンなど芳香族アミノ酸の合成に特化していることを明らかにした。また、機能のみならずゲノムの構造がナガシンクイなど他の甲虫類に共生するフラボバクテリアと類似しており、共生細菌の進化的起源が極めて古い可能性が示唆された。

Insects and microorganisms are able to take advantage of their ability to learn more. A highly symbiotic relationship is established between species, bacteria, cells, and symbiotic tissue/organ formation. The bacterial cell mass is found in insects of various taxa, and the evolutionary origin of the insects is different from that of other insects. In this study, RNAi method was used to analyze the reverse genetics of insects (beetles),(1) bacterial cell mass, symbiosis, specialization, cell/tissue/organ formation,(2) biological interaction, and (3) biological interaction. The mechanism of bacterial cell mass formation is cell cycle and molecular cycle, and the origin of bacterial cell mass evolution is analyzed. This year, we confirmed the new rules for the functional analysis of embryo development, twist RNAi, and inhibition of cell mass formation in Oryzaephilus surinamensis beetles. A complete analysis of symbiotic bacteria in cell mass of Nosodendron asiaticum was carried out, and two species of symbiotic bacteria were used to specialize in the synthesis of aromatic acids. The structure of symbiotic bacteria and their functions are similar to those of other beetles. The evolutionary origin of symbiotic bacteria is highly probable.

项目成果

Diversity and Development of Bacteriomes; Evo-devo approaches to symbiosis using beetles and their symbiotic bacteria

细菌组的多样性和发展；

• 发表时间: 2020
• 作者: Hirota Bin;Moriyama Minoru;Fukatsu Takema
• 通讯作者: Fukatsu Takema