【研究領域課題番号】19K16208 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

多種共存 / 種多様性 / エコタイプ / 原生生物 / 腸内微生物叢 / 種分化 / シロアリ / 共生 / シングルセル

【研究成果の概要】

令和2年度までに、ヤマトシロアリ腸内オキシモナス目原生生物群集を対象とした1細胞18S rRNA遺伝子解析および網羅的18S rRNA遺伝子解析を行ってきた。これらの遺伝子データに基づき、種分化シミュレーションを試行した結果、33種のオキシモナス目原生生物が共存する可能性が示された。令和3年度は、特に同シミュレーションのパラメータの最適化を中心に、種推定の信頼性を検証した。令和2年度までのシミュレーションにおいて、遺伝的浮動にあたるパラメータ値の設定範囲が対象とするオキシモナス目群集に適したものであるか、具体的には、小さすぎるのではないかという疑問があった。そこで、遺伝的浮動また自然選択にあたるパラメータ設定をこれまでより広くとった。同オキシモナス目群集の集団サイズは比較的小さくまた垂直伝播時に強いボトルネックがかかることが予想されるにもかかわらず、同群集における遺伝的浮動の影響は非常に小さく、その一方で自然選択が強く働いているという可能性が示された。また、異なる生息地のヤマトシロアリ腸内オキシモナス目群集について解析を行った結果、これまで推定された33種のうち30種が異なる生息地のヤマトシロアリ腸内から検出された。本研究で推定したオキシモナス目原生生物33種の多くが、シロアリおよび腸内共生関係において必須の機能を保有している可能性が考えられた。現在、推定された各種の機能解析をすすめている。
並行して、令和2年度より引き続き、ヤマトシロアリを含めたReticulitermes複数種とオオシロアリの腸内オキシモナス目原生生物群集を対象に網羅的な分子系統解析を行なっている。未知系統(種)が予想より多く検出されるなどの問題に直面しており、さらなる解析が必要だと考えられる。

【研究種目】若手研究

【研究期間】2019-04-01 - 2023-03-31

【配分額】4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)

【研究分野】生態・環境

【研究領域課題番号】16H04840 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

シロアリ / 共生 / 腸内微生物 / 原生生物 / セルロース / 進化 / 昆虫 / 腸内微生物群集 / セルラーゼ / 木質分解

【研究成果の概要】

シロアリの餌である木片の消化の大部分は、シロアリと1.5億年以上前に共生を開始した腸内原生生物群集が担っているが、それら原生生物の起源や共生に至った過程は未知である。本研究の主目的は、木質分解性原生生物を進化過程で喪失した「高等シロアリ」の一系統群が比較的最近、新規な木質分解性原生生物を再獲得した可能性の検証である。結果、新規原生生物は多様な高等シロアリに共生しているものの、多数の原生生物細胞が見られるのはやはり一系統群のみであること、同原生生細胞質が木片で充満していること、同原生生物を含む腸画分はセルロース分解活性を有することなど、今後の研究の基盤となる重要な情報を得ることができた。

【研究の社会的意義】

本研究では、比較的最近、新規に獲得されたと見られるシロアリ腸内微生物を題材とし、その系統と多様性、セルロース分解活性などを明らかにした。シロアリは木材の大害虫であるとともに、自然界では重要な分解者であり、その生理・生態の解明は基礎・応用科学の両面で重要である。本研究により、シロアリが腸内共生微生物を獲得する進化過程の一部が解明され、今後のシロアリ研究の基盤となる情報を得ることができた。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2016-04-01 - 2019-03-31

【配分額】17,550千円 (直接経費: 13,500千円、間接経費: 4,050千円)

【研究分野】生態・環境

【研究領域課題番号】26650158 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

共生 / 腸内細菌 / 昆虫 / シロアリ / ウイルス / ファージ / ゲノム / メタゲノム / CRISPR / 害虫 / ゲノミクス / 群集構造 / 難培養微生物

【研究成果の概要】

シロアリは枯死材のみを餌とする昆虫で、地球の物質循環において重要な役割を果たすと同時に、人間にとっては木材の大害虫でもある。その高効率な木質消化能力の大部分は、腸内に共生する微生物群集によるものである。本研究では、その腸内共生細菌叢を攻撃する可能性があるバクテリオファージ群集のゲノム解析を初めて行い、その群集構造とファージが感染する腸内細菌種の同定に、一部成功した。

【研究種目】挑戦的萌芽研究

【研究期間】2014-04-01 - 2017-03-31

【配分額】4,030千円 (直接経費: 3,100千円、間接経費: 930千円)

【研究分野】応用微生物学

【研究領域課題番号】25660054 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

シングルセル / メタボローム / 共生 / 原生生物 / シロアリ

【研究成果の概要】

環境中で微生物は種同士が混在しながら緊密な関係性を築いており、局所的な微小領域での物質を介した細胞間相互作用は、生態系の物質循環の基盤であり解明が期待されている。しかし、具体的な物質を微小量で網羅的に観測する方法は確立されていない。本研究では、環境微生物の例としてシロアリ腸内微生物共生系を対象とし、共生原生生物１細胞でのメタボロミクス解析が可能となる手法の開発と、共生微生物の生産物質の解析を行った。

【研究種目】挑戦的萌芽研究

【研究期間】2013-04-01 - 2015-03-31

【配分額】3,900千円 (直接経費: 3,000千円、間接経費: 900千円)

【研究分野】応用昆虫学

【研究領域課題番号】22658016 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

昆虫利用・機能開発 / 共生 / 難培養 / バイオマス / 原生生物 / シロアリ

【研究成果の概要】

近年、化石燃料価格高騰による経済被害や、その消費に伴う地球温暖化ガス放出などの環境破壊が、世界的な問題となっている。その解決策の一つが、植物質由来のバイオマス燃料開発と普及である。植物は空気中のCO_2を吸収して自身の体を構成するため、それを燃焼しても、CO_2濃度は上昇したことにならない(カーボンニュートラル)。しかし、種子を除き、植物の主成分はリグノセルロースという堅固な物質であり、動物は一般にこれを消化できないし、人工的な化学分解もコストが大きい。ところがシロアリは、腸内共生微生物の働きで高効率なリグノセルロース分解を実現している。そのため、シロアリの能力をバイオ燃料開発に応用しようという試みが、世界中で行われている。
問題は、シロアリ腸内共生微生物群が難培養性で、従来の培養を前提とした微生物学的研究がほぼ不可能ということである。そこで、網羅的なゲノム(全遺伝情報)解析や転写産物解析など、オミックスと呼ばれる手法が必要となる。そのためには、腸内共生微生物叢を単純化したモデル生物の使用が望ましいが、存在しない。
本研究課題では、その「モデルシロアリ」作成を試みている。出発材料として、わずか種類の原生生物しか共生していないシロアリ種を用いた。まずその腸内微生物の群集構造を、培養非依存的な分子生態学的手法により解析した。その結果、わずかに異なる2系統が1つの腸内に混在していた。今後、これを1系統にすることを一試みる。

【研究種目】挑戦的萌芽研究

【研究期間】2010 - 2012

【配分額】2,610千円 (直接経費: 2,400千円、間接経費: 210千円)

【研究分野】ゲノム生物学

【研究領域課題番号】22241046 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

細菌叢ゲノム / 共生 / 難培養 / バイオマス / メタゲノム / シングルセル / シロアリ

【研究成果の概要】

シングルセル・ゲノミクスとは、1細胞のみを用いて、ある生物種のゲノムを解読する研究分野あるいは手法である。ゲノムとは全遺伝情報、すなわち設計図であり、その生物種を用いた基礎・応用研究上、最も重要なデータの一つである。
細菌ゲノムの解読には10億個以上の同一系統の細胞が必要だが、培養すれば容易に集められる。ゲノムDNAの配列解析に要するコストも年々低下しており、これまでに、細菌を中心に1400以上の生物種・系統のゲノムDNA配列が決定されている。
ところが、大多数の微生物種は、実は培養法が不明である。これらはゲノム解読が不可能なのはもちろん、従来の微生物学的研究手法が適用できないので、生理・生態なども未知のままである。微生物は生態系の基盤を形成するだけではなく、人類にとっては不可欠の生物資源でもある。しかし培養不能なために、生態系には大きなブラックボックスが残り、人類が利用可能な生物資源も、ごくわずかにすぎないのである。
そこで本研究課題では、培養を介さずに、1細胞のみでゲノム解読を可能とする手法の確立に取り組んでいる。H22年度においては、まず1細胞を環境中から単離する方法の最適化を行ってきた。いくつかの細胞単離法を試し、また購入予定装置の選定を進めてきた。クリーンルーム、マイクロマニピュレーションシステム、結果を評価するためのリアルタイムPCR装置などの購入・設置を行い、次年度以降(最先端・次世代研究開発支援プログラムで継続)の本格的な研究への準備を完了することができた。

【研究種目】基盤研究(A)

【研究期間】2010 - 2012

【配分額】33,930千円 (直接経費: 26,100千円、間接経費: 7,830千円)

【研究分野】生態・環境

【研究領域課題番号】18687002 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

難培養 / 微生物 / 細菌 / 共生 / ゲノム / シロアリ / 昆虫 / バイオマス / 腸内細菌 / 原生生物 / 環境 / セルロース

【研究成果の概要】

地球上の99%以上の微生物種は培養法が不明であり、その生理・生態はほとんど未知である。本研究では、シロアリ腸内に共生する培養不能細菌の1種の少数細胞から、DNA合成酵素を使用することで全遺伝子情報を1千万倍に増幅して完全解読する手法の確立を試み、世界で初めて成功した。これにより、これまで詳細が不明であったシロアリと腸内原生生物、腸内細菌の複雑な3者共生機構を世界で初めて明らかにした。

【研究種目】若手研究(A)

【研究期間】2006 - 2008

【配分額】15,600千円 (直接経費: 12,000千円、間接経費: 3,600千円)

【研究分野】生態

【研究領域課題番号】11691174 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

ブラジル / 分子系統 / グァテマラ / 新熱帯 / シロアリ / アブラムシ / クロツヤムシ / 共生 / メキシコ / グアテマラ / フランス / テングシロアリ / ミトコンドリアDNA / 社会性昆虫 / 共生微生物

【研究成果の概要】

本研究では、調査地として新熱帯域のブラジル、メキシコ、グアテマラなどの自然度の高い地域を訪れ、調査対象として社会性昆虫のシロアリ、アリ、アブラムシ類および亜社会性のクロツヤムシ類とゴキブリ類を選べ、それぞれの昆虫の分子系統を調べた。また、菌類、それらの昆虫とバクテリア、原生動物などの微生物との特異的な共生関係を調べた。現地においては、できるだけ広範な生息地で、できるだけ多くの種類を採集した。そのためには、湿潤熱帯から乾燥熱帯にかけての水環境のクラインをおって調査地を選定した。採集時には、微生物との共生関係の成立の背景となるとなる次の様なデータも付随してとった。さらに、本研究期間において、フランスのレンヌ、アメリカのニューヨーク、ブラジルのイグアスなどを訪れ、現地の研究者と本研究についての研究連絡を行い研究成果の検討を行った。日本に持ち帰ったそれらの標本について光学および電子顕微鏡による詳細な観察、組織学的な解析およびin situハイブリダイゼーションなどに基づいて、共生微生物の正体を明らかにした。また、ミトコンドリアDNAなどの分析を行い、昆虫および微生物の分子系統解析を行って両者の共進化の有無を調べる。そして、本研究で明らかにされた知見と既存の情報(特に南西諸島と台湾などの旧熱帯域の情報)とを比較検討し、対象とした分類群の分子系統学的位置を詳細に調べた。

【研究種目】基盤研究(A)

【研究期間】1999 - 2001

【配分額】18,430千円 (直接経費: 16,900千円、間接経費: 1,530千円)