2022 年 6 ⽉ 14 ⽇
報道関係者各位
国⽴⼤学法⼈筑波⼤学
国⽴研究開発法⼈科学技術振興機構（JST）

巧みな⽣存戦略を持つ寄⽣蜂の全ゲノム配列解読に成功
寄⽣蜂とは、宿主（主に他種昆⾍）の栄養やエネルギーを利⽤して⽣活するハチ⽬昆⾍の総称です。
その種数は、昆⾍類約 100 万種の中の約 20%をも占めると推定されており、地球上で最も成功した戦略を持つ動物群の⼀つといっても過⾔ではありません。寄⽣蜂の巧みな⽣存戦略を解明することは、⽣物の進化を理解する上でも重要です。
本研究グループは、キイロショウジョウバエ Drosophila melanogaster を宿主とする寄⽣蜂ニホ
ンアソバラコマユバチ Asobara japonica を⽤いて、寄⽣蜂の⽣存戦略を⽀えている分⼦⽣物学的基盤を明らかにすることを⽬指しており、今回、その全ゲノム配列の決定と全遺伝⼦予測、さらに、遺伝⼦ノックダウン法の開発に成功しました。
ニホンアソバラコマユバチは、キイロショウジョウバエのみならず、多くのショウジョウバエ属昆⾍を宿主とすることが知られています。その中には、現在ヨーロッパを中⼼に果物の害⾍として深刻な問題となっているオウトウショウジョウバエ Drosophila suzukii も含まれます。本研究成果は、ショウジョウバエの害⾍種に対する農薬の開発シーズの創出にもつながると考えられます。

研究代表者
筑波⼤学 ⽣存ダイナミクス研究センター
島⽥ 裕⼦ 助教
丹⽻ 隆介 教授!
1

研究の背景寄⽣蜂とは、他種昆⾍やクモ等の節⾜動物（宿主）の栄養やエネルギーを利⽤して⽣活するハチ⽬昆⾍の総称です。寄⽣蜂が宿主に卵を産みつけると、孵化した個体は、宿主の体を⾷べて成⾍へと成⻑します。このような独特の⽣活スタイルを持つ寄⽣蜂の種数は、現在の地球上で繁栄している昆⾍類の約 20%にも及ぶと推定されており、地球上で最も成功した戦略を持つ動物群の⼀つといっても過⾔ではありません。よって、寄⽣蜂の巧みな⽣存戦略を解明することは、⽣物の進化を理解する上でも重要です。
中でも「内部寄⽣蜂」と呼ばれるタイプの寄⽣蜂の中には、孵化後に宿主を直ちに殺すのではなく、寄⽣蜂個体が⼗分に成⻑した後に、⾃ら都合の良いタイミングを⾒計らって宿主を殺す「飼い殺し型寄⽣者(koinobiont)」がいます（図１）。この寄⽣蜂は、宿主に⿇酔をかけて産卵したり、宿主の免疫防御機構を破壊して⾝を守ったり、宿主の組織を分解して栄養を得たりするために、さまざまな種類の「毒」を宿主に注⼊します。寄⽣蜂のそれぞれの種は、宿主の種類に応じて進化させてきた多種多様な毒成分を有していますが、寄⽣蜂は体サイズが⼩さく飼育が困難であるため、これらの毒成分の⼤部分は未同定です。
本研究チームは、遺伝学的解析に優れたキイロショウジョウバエ Drosophila melanogaster（以下、ショウジョウバエ）を宿主とする飼い殺し型寄⽣者のニホンアソバラコマユバチ Asobara japonica を⽤いて、寄⽣蜂の⽣存戦略、とりわけ、寄⽣蜂が宿主に注⼊する毒成分の同定と、その毒が宿主に作⽤するメカニズムについて、分⼦レベル・細胞レベルでの解明を⽬指しています（図２）。しかしながら、ニホン
アソバラコマユバチは、従来、分⼦⽣物学的研究の対象として注⽬されておらず、ゲノム情報が全くありませんでした。また、毒を産⽣する遺伝⼦の役割を調べるためには、特定の遺伝⼦の機能を寄⽣蜂体内で低下（ノックダウン）させる実験⼿法の開発も必要でした。そこで今回、ニホンアソバラコマユバチの全ゲノム配列の決定と全遺伝⼦予測注 1)、遺伝⼦ノックダウン⼿法の開発を⾏いました。
研究内容と成果
全ゲノム配列を決定するためには良質なゲノム DNA が⼤量に必要です。対象⽣物のサイズが⼩さい場合には、多数の個体からゲノム DNA を抽出する必要がありますが、突然変異や個体差があり、配列を⼀元的に決めることができない、という問題が⽣じます。そこで本研究では、ハチの単為⽣殖系統（雌のみで繁殖する）を利⽤し、たった１匹の寄⽣蜂から 200 匹のクローン個体を増殖させることで、極めて均質なゲノム DNA を⼤量に採取しました（図３）。これにより、ゲノムサイズ 322 Mbp、ヘテロ接合性注 2)0.132%という均質性に優れたゲノムの構築に成功しました。また、このゲノム配列と転写産物情報をもとに、12,508 遺伝⼦の位置と構造を予測しました。この中には、既知のハチ⽬昆⾍の遺伝⼦の 95.4 % が含まれおり、現在までに公開されている各種寄⽣蜂のゲノム情報と⽐べても⾮常に⾼い完成度であると評価できます。
並⾏して、⼆本鎖 RNA ⼲渉法（RNAi 法）注 3)を⽤いて、ニホンアソバラコマユバチ個体の中で特定の遺伝⼦の機能を抑制する⽅法を検討しました。まず、昆⾍の体⾊を決めるメラニン⾊素の合成に関与する遺伝⼦ ebony に注⽬し、ニホンアソバラコマユバチのゲノム中に存在する ebony 遺伝⼦の配列を元に⼆本鎖 RNA を⼈⼯的に合成し、これを寄⽣蜂の幼⾍に注⼊しました。その結果、⽻化した個体表⾯の⻩⾊みが減少して、⿊⾊が濃いニホンアソバラコマユバチを得ることに成功しました（図４）。このように、RNAi 法により効率的にノックダウンできることを⾒いだしました。またその際、寄⽣に関連する毒遺伝⼦候補の発現が約 90%抑えられることも分かりました。

2

今後の展開本研究成果により、寄⽣蜂ニホンアソバラコマユバチの⽣存戦略を遺伝⼦レベルで研究するための重要な基盤が整備されました。これまでの研究から、ニホンアソバラコマユバチが宿主に⿇酔をかけたり、宿主の組織に細胞死を誘導したりする際に、さまざまな種類の毒を⽤いていることが実験的に⽰唆されています。今後、ニホンアソバラコマユバチのゲノム情報や RNAi 法を駆使することで、寄⽣蜂の毒遺伝⼦の機能を解析することにより、毒成分の実体と寄⽣の分⼦機構が解明できると期待されます。
また、ニホンアソバラコマユバチは、キイロショウジョウバエのみならず、ほとんどのショウジョウバエ属昆⾍を宿主とすることが知られています。その中には、現在ヨーロッパを中⼼に果物の害⾍として深刻な問題となっているオウトウショウジョウバエ Drosophila suzukii も含まれており、本研究成果は、ショウジョウバエの害⾍種に対する農薬の開発シーズの創出にもつながると考えられます。
参考図
内部寄生蜂ニホンアソバラコマユバチの発生過程

宿主ショウジョウバエの発生過程
卵

１齢幼虫

２齢幼虫

産卵

宿主体内で成長＆乗っ取り

３齢幼虫

蛹成虫羽化

成虫

図１：内部寄⽣蜂ニホンアソバラコマユバチと宿主ショウジョウバエの⽣活環
ニホンアソバラコマユバチはショウジョウバエの幼⾍に産卵する。寄⽣蜂の幼⾍は、宿主幼⾍体内で成⻑し、宿主が蛹化した後で殺して⾷べ、蛹殻から⽻化する。

図２：内部寄⽣蜂ニホンアソバラコマユバチの産卵
寄⽣蜂が宿主であるショウジョウバエ幼⾍の上に乗って、茶⾊の産卵菅を突き⽴てている。寄⽣蜂は、毒成分を注⼊して宿主幼⾍を⿇酔した後に、産卵する。
3

⼀匹の単為⽣殖メス⼦孫となる多数のクローン個体

均質かつ多量のDNAを抽出

図３：内部寄⽣バチからのゲノム DNA 採取⽅法
ニホンアソバラコマユバチの単為⽣殖系統のメス１匹から 200 匹のクローン個体を増殖させることで、均質かつ多量の DNA を抽出した。

胸部の拡大図腹部の拡大図

コントロールebonyebony

コントロール

ノックダウン

ノックダウン

図４：寄⽣蜂 ebony 遺伝⼦ノックダウンによる体⾊変化
体⾊の⻩⾊みを司る遺伝⼦である ebony をノックダウンした個体は、コントロール（ebony が正常に機能している個体）と⽐べて、やや濃い体⾊になった。

4⽤語解説注１） 全遺伝⼦予測
ゲノムを構成する DNA 配列を決めた後に、その配列の中でどの領域が遺伝⼦をコードしているのかを予測すること。ゲノム上には、遺伝⼦の発現を制御する領域やゲノム構造を保つための領域など、さまざまな役割の領域があるので、DNA 配列のモチーフや転写された RNA 配列をもとにして、遺伝⼦領域を予測する必要がある。
注２） ヘテロ接合性
ゲノム上の個々の DNA 配列が異なること。ゲノムを２セットずつ持つ⼆倍体⽣物では、２本の染⾊体が同⼀の DNA 配列であるとは限らないため、ゲノム解析の際に１つの場所が１つの塩基に決定されないことがある。また、１匹以上の⽣物集団から DNA を抽出した場合には、個体ごとに DNA 配列が違う可能性がある。ヘテロ接合性が低いことは、ゲノム DNA 配列が⼀元的に決定されたことを意味する。
注３） ⼆本鎖 RNA ⼲渉法（RNAi 法）
機能を低下させたい遺伝⼦と同⼀の塩基配列を有する⼆本鎖 RNA を細胞・組織に導⼊することによって、その遺伝⼦の機能が特異的に抑制される現象を利⽤した遺伝⼦機能解析法。
研究資⾦
本研究は、⽇本学術振興会科学研究費助成事業 基盤研究（Ｃ）「内部寄⽣蜂が宿主ショウジョウバエ幼⾍に誘導する組織特異的細胞死シグナル経路の解析」（研究費番号 18K05670、研究期間：2018〜2020 年度）、特別研究員奨励費「寄⽣蜂の飼い殺し型寄⽣を司る組織選択的アポトーシス誘導因⼦の同定と作⽤機序の解明」（研究費番号 21J10894、研究期間：2021〜2022 年度）、JST さきがけ「⽣体における微粒⼦の機能と制御（微粒⼦）」領域（グラント番号 JPMJPR19H6、研究期間：2019~2022 年度）、⽂部科学
省科学研究費助成事業学術変⾰領域研究「学術研究⽀援基盤形成」先進ゲノム解析研究推進プラットフォームの⽀援により実施されました。
掲載論⽂【題 名】 Whole-genome sequencing analysis and protocol for RNA interference of theendoparasitoid wasp Asobara japonica（内部寄⽣蜂ニホンアソバラコマユバチの全ゲノム配列解析と RNA ⼲渉法プロトコル）【著者名】 Kamiyama, Takumi（上⼭ 拓⼰、筑波⼤学 ⽣命環境科学研究科 博⼠課程（当時））、ShimadaNiwa, Yuko（島⽥-丹⽻ 裕⼦、筑波⼤学 ⽣存ダイナミクス研究センター 助教）、Tanaka,Hiroyuki（⽥中 裕之、東京⼯業⼤学 ⽣命理⼯学院 研究員）、Katayama, Minami（⽚⼭ 南美、筑波⼤学 ⽣命環境科学研究科 修⼠課程（当時））、Kuwabara, Takayoshi（桑原 嵩佳、筑波⼤学 ⽣命環境学群 ⽣物学類（当時））、Mori, Hitoha（森 ⼀葉、筑波⼤学 理⼯情報⽣
命学術院・⽣命地球科学研究群 ⽣物学学位プログラム 修⼠課程）、Kunihisa, Akari（國久茜⾥、筑波⼤学 ⽣命環境学群 ⽣物学類（当時））、Itoh, Takehiko（伊藤 武彦、東京⼯業⼤学 ⽣命理⼯学院 教授）、Toyoda, Atsushi（豊⽥ 敦、国⽴遺伝学研究所 特任教授）、Niwa,Ryusuke（丹⽻ 隆介、筑波⼤学 ⽣存ダイナミクス研究センター 教授）【掲載誌】 DNA Research【掲載⽇】 2022 年 6 ⽉ 10 ⽇
【DOI】

10.1093/dnares/dsac019

5

問合わせ先【研究に関すること】
島⽥ 裕⼦（しまだ ゆうこ）
筑波⼤学 ⽣存ダイナミクス研究センター 助教
URL: https://sites.google.com/view/yukoshimada/【取材・報道に関すること】
筑波⼤学広報局
TEL: 029-853-2040
E-mail: kohositu@un.tsukuba.ac.jp
科学技術振興機構 広報課
TEL：03-5214-8404

FAX：03-5214-8432

E-mail：jstkoho@jst.go.jp【JST事業に関する連絡先】
科学技術振興機構 戦略研究推進部 ライフイノベーショングループ
保⽥ 睦⼦（やすだ むつこ）
TEL：03-3512-3526

FAX：03-3222-2064

E-mail：presto@jst.go.jp

6