共生進化の鍵となる細菌遺伝子を同定

産業技術総合研究所（以下「産総研」という） モレキュラーバイオシステム研究部門 バイオシステム多様性研究グループの汪 亜運 産総研特別研究員、森山 実 主任研究員、古賀 隆一 上級主任研究員、深津 武馬 首席研究員は、独自に開発したチャバネアオカメムシ－大腸菌実験共生進化系を駆使して、単一の酵素遺伝子（トリプトファン分解酵素）の機能喪失のみで、大腸菌がカメムシの腸内に共生して成長および生存を支える共生細菌に変化することを発見しました。トリプトファン分解酵素の喪失は、必須アミノ酸であるトリプトファンの濃度上昇、ならびに当該酵素の代謝産物として生成する毒性のあるインドールの濃度低下により、宿主カメムシの生育を改善することを示しました。さらに自然界に存在する多様なカメムシ類の生存を支持する能力を持つ腸内共生細菌のゲノムを調べたところ、トリプトファン分解酵素遺伝子を喪失していることが判明しました。そのような細菌にトリプトファン分解酵素遺伝子を導入して発現させるとカメムシに共生して成長と生存を支える能力（共生能力）が低下すること、またそれらの細菌とごく近縁でトリプトファン分解酵素遺伝子を持つ細菌から当該遺伝子を除去すると共生能力が向上することを示しました。すなわち、細菌におけるトリプトファン分解酵素の喪失が、研究室における実験共生進化のみならず、自然界のカメムシ類における共生進化でも重要な役割を果たしてきたことを明らかにしました。

本研究により、カメムシという昆虫類において、腸内細菌における単一酵素遺伝子の喪失が共生進化の鍵となり得ることが判明し、共生進化が単一の突然変異で起こり得ること、またその分子機構および代謝基盤の一端が解明されました。共生進化の仕組みと過程を具体的に明らかにすることに成功した重要な成果です。

なお、本研究成果の詳細は2026年2月27日（英国時間）に国際学術誌「Nature Microbiology」にオンライン掲載されました。