昆虫共生微生物による宿主の性転換を培養細胞で再現
要約
昆虫の細胞内共生細菌ボルバキアは、オスをメス化する等、昆虫の生殖を操作する。昆虫のオスをメス化する働きを持つボルバキアを昆虫培養細胞に移植すると、オス細胞での「メス化」が再現できる。この発見はボルバキアの生殖操作の機構解明だけでなく、新規昆虫制御法の開発にも繋がる。
- キーワード : ボルバキア、アズキノメイガ、培養細胞、性決定、メス化
- 担当 : 生物機能利用研究部門・昆虫利用技術研究領域・昆虫制御技術グループ
- 代表連絡先 :
- 分類 : 研究成果情報
背景・ねらい
主に昆虫に共生する微生物ボルバキアは、宿主の生殖を様々な手法で操作している。この生殖操作を利用した害虫防除技術は、標的となる害虫以外に影響を与えないことから、特異性が高く、環境負荷が低い手法として注目を集めており、ボルバキアによる蚊の操作はデング熱等の予防に大きな効果を発揮している。一方、ボルバキアは系統によって生殖操作の種類が様々であり、その遺伝的基盤や分子機構については不明な点が多い。エビデンスに基づいた安全性の高い応用のためには、ボルバキアによる宿主操作を深く理解する必要がある。ボルバキアを培養細胞に導入することで共生が成立する点に着目し、ボルバキアの導入による培養細胞での性決定プロセスへの影響を調べ、生殖操作に関与する遺伝子探索を試みる。
成果の内容・特徴
- アズキノメイガの虫体やその組織から作出された培養細胞では、性別によりオス型またはメス型の性決定遺伝子dsxの発現パターンを示す(図1)。
- オス由来の培養細胞にボルバキアを移植し、感染を確立させると、性決定遺伝子の発現パターンがオス型からメス型へと変化する(図1)。
- ボルバキア移植により性決定パターンがメス型に変化したオス由来培養細胞では、2つの遺伝子(Masc遺伝子とznf-2遺伝子)の発現量が大きく変化する。2つの遺伝子は、アズキノメイガ生体でも性決定に関与する遺伝子であると考えられる。
- アズキノメイガ卵の発生初期にボルバキアに感染させるとMascのオス型発現が顕著に抑制される(図2)。この結果はMasc遺伝子がオス化決定に重要であり、ボルバキアによるメス化誘導のターゲットである可能性を示唆している。
成果の活用面・留意点
- 今回の発見により、ボルバキアが宿主のメス化誘導を起こすかどうかを、培養細胞で調べることが可能になった。今後培養細胞を用いた解析により、生殖操作能力の高いボルバキア系統を絞り込むことができるようになる。
- 本研究成果により、性特異的な生産技術の確立と、新規害虫防除法の開発や有用昆虫生産技術への貢献が期待できる。
具体的データ
その他
- 予算区分 : 交付金、NIP「共生微生物を利用した病害虫防除を実現するための新技術開発」、ムーンショット型農林水産研究開発事業「先端的な物理手法と未利用の生物機能を駆使した害虫被害ゼロ農業の実現」、科研費(20F40719, 20K06084, 20K06083, 19H02972)
- 研究期間 : 2016～2022年度
- 研究担当者 : 陰山大輔、HERRAN Benjamin、杉本貴史、渡邊和代、今西重雄、土田努(富山大)、松尾隆嗣(東京大)、石川幸男(摂南大)
- 発表論文等 : Herran B. et al. (2022) PNAS Nexus pgac293 doi: 10.1093/pnasnexus/pgac293