Research Abstract

自然昆虫集団における環境細菌から絶対相利共生細菌への進化

Obligate bacterial mutualists evolving from environmental bacteria in natural insect populations

2016年1月11日 Nature Microbiology 1 : 15011 doi: 10.1038/nmicrobiol.2015.11 (2016)
自然昆虫集団における環境細菌から絶対相利共生細菌への進化
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多種多様な生物において、生存に必須な微生物との相利共生関係が見られる。こうした必須共生微生物が、自由生活性の祖先からどのように生じたのかは進化的に興味深い。今回我々は、チャバネアオカメムシPlautia staliの自然集団において、絶対相利共生細菌が環境細菌から進化しつつあることを報告する。本種集団に見られる6系統の異なる共生細菌のうち、2系統はゲノム縮小しており培養できないが、4系統はゲノム縮小しておらず培養可能であった。培養できない2系統の共生細菌のうち、一方は温帯の集団に固定していたのに対し、もう一方は亜熱帯の集団中で4系統の培養可能な共生細菌と共存していた。これら全ての共生細菌について、実験的に共生細菌を除去すると宿主昆虫は死亡したが、いずれの共生細菌を再感染させても宿主昆虫の正常な成長が回復したことから、全ての共生細菌が宿主にとって不可欠であり、かつ機能的にほぼ同等であることが判明した。生まれたばかりの無菌の昆虫に環境中の土壌を与えたところ、一部の幼虫は培養可能な共生細菌を獲得して正常に成長した。それらの共生細菌は環境中のPantoea属細菌であることを同定した。我々の発見は、自然界で現在進行中の自由生活から絶対相利共生への進化的移行を明らかにしたものである。

Takahiro Hosokawa, Yoshiko Ishii, Naruo Nikoh, Manabu Fujie, Nori Satoh & Takema Fukatsu

Corresponding author

深津 武馬
産業技術総合研究所 生物プロセス研究部門

Diverse organisms are associated with obligate microbial mutualists. How such essential symbionts have originated from free-living ancestors is of evolutionary interest. Here we report that, in natural populations of the stinkbug Plautia stali, obligate bacterial mutualists are evolving from environmental bacteria. Of six distinct bacterial lineages associated with insect populations, two are uncultivable with reduced genomes, four are cultivable with non-reduced genomes, one uncultivable symbiont is fixed in temperate populations, and the other uncultivable symbiont coexists with four cultivable symbionts in subtropical populations. Symbiont elimination resulted in host mortality for all symbionts, while re-infection with any of the symbionts restored normal host growth, indicating that all the symbionts are indispensable and almost equivalent functionally. Some aseptic newborns incubated with environmental soils acquired the cultivable symbionts and normal growth was restored, identifying them as environmental Pantoea spp. Our finding uncovers an evolutionary transition from a free-living lifestyle to obligate mutualism that is currently ongoing in nature.

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