中途半端な共生を科学する：異宿主への適応プロセスから導く共生進化ロジック

半成品共生科学：适应不同宿主过程衍生的共生进化逻辑

• 批准号: 21K18241
• 负责人: 菊池 義智
• 金额: $ 16.64万
• 依托单位: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Challenging Research (Pioneering)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-07-09 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-21K18241/
• 关键词: 共生; 進化; 微生物; 複合適応形質; 遺伝的基盤

「微生物との共生」は多くの動植物に見られる普遍的な現象であり、生物進化を駆動する原動力ともなってきた。これら共生微生物は高度な宿主特異性を示すが、その進化過程は複雑で今なお進化生態学・微生物学におけるブラックボックスとなっている。我々はその謎を解く鍵が、微生物が稀に見せる「異宿主（本来の自然宿主ではない生物）への中途半端な共生」にあると考えている。中途半端な共生は新たな宿主に適応するための初期段階とも捉えられ、特異性の進化過程を理解する上で極めて重要だと考えられるが、再現性が低いため研究の俎上に載せることが困難であった。しかし最近我々は、ホソヘリカメムシとBurkholderia共生細菌から成る昆虫共生系において、“再現性の高い”異宿主への中途半端な感染現象を発見することに成功した。本研究では、この独自の実験系を用いて中途半端な感染現象の遺伝的基盤を解明し、宿主特異性の進化プロセス・進化原理の統合的理解を目指す。本年度はBurkholderia共生細菌に近縁で中途半端な共生をみせるBurkholderia fungorumとPandoraea属細菌について、共生時の宿主への影響を解明する目的で、共生器官の形態変化の比較解析、発現遺伝子の比較解析、細胞分裂頻度や気管形成の比較解析を行った。また、昨年に引き続き、B. fungorumのTn-seq解析を行うためにトランスポゾン変異挿入効率の確認や、ホソヘリカメムシへの感染時に見られるボトルネックの強度について推定を行った。これによりB. fungorumのTn-seq解析を行うための準備が整ったと言える。

“与微生物共生”是许多动植物中观察到的普遍现象，也是推动生物进化的驱动力。尽管这些共生微生物表现出高度的宿主特异性，但它们的进化过程非常复杂，在进化生态学和微生物学中仍然是一个黑匣子。我们相信，解开这个谜团的关键在于微生物与外来宿主（不是其天然宿主的生物体）所表现出的罕见的“半心半意的共生”。半成品共生可以被视为适应新宿主的早期步骤，并且被认为对于理解特异性的进化过程极其重要，但由于再现性低而很难纳入研究。然而，我们最近成功地发现了由伯克霍尔德氏菌共生菌组成的昆虫共生系统中不同宿主的半途感染现象。在本研究中，我们旨在利用这一独特的实验系统来阐明半成品感染现象的遗传基础，并全面了解宿主特异性的进化过程和进化原理。今年，我们将对真菌伯克霍尔德氏菌和潘多拉菌的共生器官的形态变化进行比较分析，并对与伯克霍尔德氏菌共生菌密切相关并表现出部分共生的细胞分裂进行比较分析。频率和气管形成。继去年之后，我们对真菌芽孢杆菌进行了 Tn-seq 分析，以确认转座子突变插入效率并估计椿象感染过程中观察到的瓶颈强度。至此，我们可以说我们现在已经准备好对 B. fungorum 进行 Tn-seq 分析。

项目成果

Homeobox遺伝子によって調節される共生器官の驚くべき形態変化！

同源盒基因调控共生器官惊人的形态变化！

• 发表时间: 2021
• 作者: JANG Seonghan;石神広太;大林翼;松浦優;MERGAERT Peter;菊池義智
• 通讯作者: 菊池義智

CNRS(フランス)

法国国家科学研究中心（CNRS）

カビが運命付けるバクテリア-昆虫の相利共生

真菌与细菌-昆虫互利共生

• 发表时间: 2021
• 作者: 石神広太;Jang Seonghan;伊藤英臣;Mergaert Peter;菊池義智
• 通讯作者: 菊池義智

カびが繋ぐ昆虫とバクテリアの共生系サイクル

通过霉菌连接昆虫和细菌的共生循环

• 发表时间: 2021
• 作者: 石神 広太;Seonghan Jang;伊藤 英臣;大林 翼;Peter Mergaert;菊池 義智
• 通讯作者: 菊池 義智

共生細菌のちからで害虫が農薬に強くなる助け合いの仕組み

一种相互支持的机制，通过共生细菌的力量使害虫对农药产生抗药性

• 发表时间: 2022
• 作者: Sato Yuya;Jang Seonghan;Takeshita Kazutaka;Itoh Hideomi;Koike Hideaki;Tago Kanako;Hayatsu Masahito;Hori Tomoyuki;Kikuchi Yoshitomo;菊池 義智;菊池 義智;菊池 義智
• 通讯作者: 菊池 義智