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。

在本应用项目中，我们试图通过揭示以利用枯木的锹虫为中心的四方共生系统（锹虫、树木、腐烂真菌和共生酵母）的个体共生关系来阐明锹虫的多样化过程。我们阐明了日本石竹科所有属（包括石竹科）及其共生酵母的系统发育关系。因此，使用褐腐真菌的祖先锹虫类群与纤维二糖发酵酵母存在共生关系，而使用白腐真菌的较新的锹虫类群则产生木糖，而木糖是硬木半纤维素的主要成分。与发酵酵母。推算分歧的年代，大约一亿年前，锹虫获得以白腐木为食的能力，与白腐真菌的多样化和阔叶树的出现同时发生。这表明它通过与木糖发酵酵母共生而获得了吃白色腐烂物质的能力。此外，与宿主锹虫谱系相比，酵母谱系与植被区和宿主材料的相关性更强。这似乎不仅归因于酵母的垂直传播，还归因于水平传播。我们利用部分线粒体基因序列和全基因组单核苷酸多态性 (SNP) 研究了依赖山毛榉的日本锹虫的地理遗传结构。结果，在日本海种群和太平洋种群之间观察到强烈的遗传分化，这与山毛榉的地理遗传分化一致。此外，对历史适宜栖息地的估计表明，日本锹虫经历了与其宿主日本山毛榉相似的历史分布变化。在这项研究中，我们涵盖了石竹科的主要分类群，并在世界上首次阐明了与共生微生物的共同进化与食性进化之间的关系。此外，揭示锹虫与寄主树共同进化的研究也具有独特性，部分研究成果发表在国际期刊Ueki & Tojo (2023)上。这些结果将有助于了解草食甲虫的进化，特别是食木甲虫的多样化。