共生の発生における遺伝的基盤

Scientific Reports volume 13、記事番号: 14014 (2023) この記事を引用

3 オルトメトリック

メトリクスの詳細

生物間の相互作用は、関係を維持するために不可欠な形質の革新を媒介することがよくあります。 しかし、モデル以外の動物の遺伝学を研究する際のさまざまな障害により、これらの相互作用に関する私たちの理解は妨げられてきました。 このような形質が発達する遺伝的メカニズムを理解するために、我々は、真菌と真菌との間の絶対的な関係を促進する新規な真菌保有器官（菌糸体）の発生における、ブレスレス（btl）、気管レス（trh）、およびダブルセックス遺伝子の機能を調べた。アンブロシアカブトムシと特定の真菌パートナーを養殖します。 RNA干渉による遺伝子ノックダウンとその後のマイクロコンピューター断層撮影による可視化は、btlとtrhが菌管の開始に必要であり、尿細管形成が初期の菌管発生に利用された可能性があることを示唆している。

進化発生生物学は、身体計画内の構造的複雑性の増加に向けた形態学的革新と進化の根底にあるメカニズムを取り巻く基本的な問題に対処しようとしています。 コーオプションにより、蝶の眼点の進化における昆虫の付属器遺伝子の組み込みなど、新しい発生状況においてコア発生遺伝子の再利用が可能になります1。 多くの興味深い例の中でも、動物の宿主体内で微生物の共生生物を分割するのに役立つ新しい形質は、特に関連性があります。 ハワイのボブテイル イカ (Euprymna scolopes) とその共生生物 Vibrio fischeri は、そのようなコンソーシアムの 1 つであり、イカの光器官内で取り込まれた遺伝子標的の同定は、この構造の正体と進化的起源の解読に役立っています 2。

真正ゾウムシ科（ゾウムシ科）の 3,500 種以上からなるアンブロシアハムシは、独立して菌類と十数回にわたって栄養上の義務的なパートナーシップを形成しています3。 マイカンジアと呼ばれる特殊な器官内に真菌の共生生物を媒介する能力により、形態と機能に関する多くの研究が行われてきました。 しかし、系統発生研究以外では、分子遺伝資源を提供する研究はほとんどなく 4,5、菌糸体の反復進化の根底にある遺伝的および発生メカニズムはまだ十分に理解されていません。 菌糸体は、さまざまな複雑さのさまざまな体の部位で見られます。 一部の菌糸体は浅い穴として存在しますが、他の菌糸体はより複雑な陥入、ポケット、または細管です3,6。 この構造的適応は、師部を食べるキクイムシの近縁種と比較した場合、幼虫の栄養組成と木質環境内の出生ギャラリー構造の両方の変化に関連しています7。 そのため、キシロマイセトファジーは、アンブロシアハムシとその真菌の共生によって定義される生態学的ニッチに不可欠です。 キシロミセトファジーへのこの進化は、非常に多様な真菌パートナーの間で起こりました6。 同じ構造的および機能的終点に向かう多様な栄養関係者は、これらの密接な栄養関係が宿主昆虫内での特殊な発達を促進する可能性があることを示唆しています。

菌類培養の比較的派生的な形質は、貴重な資源としてリグノセルロースを利用できるようにすることで、栄養が枯渇した木質生息地でのカブトムシの繁殖能力を促進しました。 彼らの木材を食べる行動は主にストレスを受けた木や枯れかけた木をターゲットにしますが、宿主の木に対する大規模な攻撃はその衰退をさらに悪化させる可能性があります。 今日のグローバル化した世界では、外来種のアンブロシアハムシ種の導入により、在来の木との新たな相互作用の可能性が高まり、それによって新たな宿主関係が生じる可能性が増幅されています。 その結果、アンブロシアハムシは森林病理学および昆虫学の分野における重要な主題として浮上しました。 さらに、菌類の形態の多様性と真菌パートナーとの共生関係は、進化-進化の観点から非常に興味深いものとなっています。 今回我々は、アンブロシアハムシ種 Euwallacea validus を使用して、菌糸体発達の遺伝的基盤を研究しました。 この種は 1900 年代後半に米国に導入され、米国北東部で広く入手可能です。 成体のメスの E. validus は、主な栄養共生生物である Fusarium oligoseptatum を、おそらく下顎の後ろの頭の内側に位置する一対の口前菌糸体に媒介します。 菌管の内部組織を解明した以前の研究では、頭部内に一次菌管よりも下位にあり、横方向に各目の近くに位置する 2 番目の小さな袋のペアが特定されましたが、機能的特徴付けまでは拡張されませんでした 8。 Euwallacea 種は二次共生生物 (Raffaelea subfusca や Graphium sp. など) を媒介することも知られており、これらは発生過程を通じて出生ギャラリー内で代替の役割を果たすと理論化されています 9。 他のアンブロシアハムシ種は、複数の菌糸体を発生するだけでなく、異なる共生生物を別々の袋に隔離する可能性があることが判明しています6。 ユーワラセア属をめぐる決議では、周辺関係に関する多くの疑問が未解決のままですが、これらの甲虫とフザリウムの間には忠実度の高い関係が示されています。 250 人のメスの E. validus を検査および培養に基づいてサンプリングしたところ、サンプリングされた個体の 99.2% から真菌が回収され、野生型集団における菌糸体および真菌の定着がしっかりと保存されていることを示しました 10,11。