4者共生系から迫る森林昆虫の多様化メカニズムの解明

从四方共生系统阐明森林昆虫的多样化机制

基本信息

批准号：
21J13039
负责人：
上木岳
金额：
$ 0.96万
依托单位：
Shinshu University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-28 至 2023-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21J13039/
关键词：
共進化腐朽菌酵母ブナ共生微生物水平伝播

项目摘要

本申請課題では枯死木を利用するクワガタムシを中心とした4者共生系（クワガタムシ－樹木－腐朽菌－共生酵母）の個々の共生関係を紐解くことで、クワガタムシの多様化プロセスの解明を試みた。クワガタムシ科を網羅する日本のクワガタムシ科全属とその共生酵母の系統関係を明らかにした。その結果、褐色腐朽菌を利用する祖先的なクワガタ・グループはセロビオース発酵性酵母との共生関係をもつのに対して、白色腐朽菌を利用する新しいグループのクワガタムシは広葉樹ヘミセルロースの主成分であるキシロース発酵性の酵母と共生していた。分岐年代推定からクワガタムシの白色腐朽材食性の獲得は約1億年前の広葉樹の出現にともなう白色腐朽菌の多様化と一致していた。このことからキシロース発酵性酵母との共生にともなって白色腐朽材食性を獲得したことが示唆された。さらに、酵母の系統は宿主であるクワガタの系統よりも植生帯やホスト材と強く対応していた。これは酵母の垂直伝播だけでなく、水平伝播が生じたためであると思われる。ブナに依存するヒメオオクワガタの地理的な遺伝構造をミトコンドリア遺伝子の部分配列およびゲノムワイドな一塩基多型（SNPs）を用いて究明した。その結果、日本海側集団と太平洋側集団の間に強い遺伝的分化がみられ、ブナの地理的な遺伝的分化と合致した。加えて、歴史的な生息適地を推定した結果、ヒメオオクワガタは寄主であるブナと同様の歴史的な分布変遷を経てきたことが示唆された。本研究では、クワガタムシ科の主要な分類群を網羅した上で共生微生物との共進化と食性進化の関係性を世界で初めて明らかにした。また、クワガタムシと寄主樹木との共進化を明らかにした研究も他に類のないものであり、研究成果の一部をUeki & Tojo (2023)として国際誌に公表した。これらの成果は、植食性甲虫の進化、特に木材食性甲虫の多様化の理解に貢献するものである。

在此应用中，我们试图通过揭开以使用死树的雄鹿的为中心的四个党共生系统的单个共生（鹿肉甲虫-Trees-甲虫 - 甲虫 - 亲生性酵母）的单个共生过程来阐明脱甲虫的多样化过程。覆盖稻田的所有日本鹿角甲虫与它们的共生酵母之间的关系均已揭示。结果，使用Brown Rott的祖先鹿角群与Botobia发酵酵母有共生关系，而新的白色翻转细菌是Hemicello的主要组成部分。从分支周年纪念日收购白色腐烂的材料与大约1亿年前（大约1亿年前）的白色腐烂真菌的多元化一致。这表明它已经与木糖发酵酵母共存获得了白色腐烂的食物特性。此外，酵母菌系统与植被和宿主材料非常兼容，而不是雄鹿的主。这似乎是由于酵母的垂直传播，但也归因于水平传播。使用线粒体基因的部分线和基因组范围的单个基因多型（SNP）发现了依赖山毛榉的Himeookwagata的地理遗传结构。结果，在日本海和太平洋侧群之间发现了强烈的遗传分化，这与比奇的地理分化一致。此外，估计的历史栖息地表明，Himeookuwagata经历了与老板所有者相同的历史分配变化。在这项研究中，世界上首次修订了与共生微生物的共同开发与饮食进化之间的关系，涵盖了主要的鹿虫分类组。没有其他研究揭示了雄鹿甲虫和树木的侵略，其中一些研究结果已在国际杂志上发表在Ueki＆Tojo（2023）。这些成就有助于理解草药甲虫的演变，尤其是木材和食物甲虫的多样化。