Heterorhabditis bacteriophoraの自然集団の生物学的ストレスに対する表現型および遺伝子型耐性の特徴付け

Characterization of the phenotypic and genotypic tolerance to abiotic stresses of natural populations of Heterorhabditis bacteriophora.

• Noa Levy
• Adi Faigenboim
• Liora Salame
• Carlos Molina
• Ralf-Udo Ehlers
• Itamar Glazer
• Dana Ment

抄録

昆虫原性線虫は節足動物の害虫に対して有効な生物防除剤である。しかし、その有効性は環境の極端な変化に敏感であるために限られている。本研究の目的は、昆虫原性線虫の耐熱性と乾燥耐性の有益な形質の遺伝的選択ツールの基盤を確立することであった。自然集団をスクリーニングすることで、多様な遺伝的・表現型のプールを作成することができた。天然単離株を用いて、遺伝子発現パターンとゲノム変異を研究した。また、ヘテロハビディティス単離株は、市販株と比較して生存率を決定するために、熱ストレスおよび乾燥ストレスバイオアッセイにより表現型を決定した。耐熱性の高い市販株と耐熱性の低い天然株についてトランスクリプトーム研究を行った。その結果、両単離株では対照株と比較して、アップレギュレートされた転写物とダウンレギュレートされた転写物の数が多いことが明らかになった。また、発現の異なる転写物を機能的にアノテーションした結果、ストレス関連の遺伝子や経路が特異的に発現していることが明らかになった。また、ストレス耐性の程度が異なる分離株のゲノム配列を解析したところ、表現型の違いにかかわらず、分離株間で差異があることが明らかになった。このようにして得られたデータは、環境ストレス耐性を持つ昆虫原性線虫の能力を向上させるための遺伝的選択ツールとしての遺伝子や分子マーカーの同定を目的とした今後の研究の基礎となるものであった。

Entomopathogenic nematodes are effective biocontrol agents against arthropod pests. However, their efficacy is limited due to sensitivity to environmental extremes. The objective of the present study was to establish a foundation of genetic-based selection tools for beneficial traits of heat and desiccation tolerance in entomopathogenic nematodes. Screening of natural populations enabled us to create a diverse genetic and phenotypic pool. Gene expression patterns and genomic variation were studied in natural isolates. Heterorhabditis isolates were phenotyped by heat- and desiccation-stress bioassays to determine their survival rates compared to a commercial line. Transcriptomic study was carried out for the commercial line, a high heat-tolerant strain, and for the natural, low heat-tolerant isolate. The results revealed a higher number of upregulated vs. downregulated transcripts in both isolates vs. their respective controls. Functional annotation of the differentially expressed transcripts revealed several known stress-related genes and pathways uniquely expressed. Genome sequencing of isolates with varied degrees of stress tolerance indicated variation among the isolates regardless of their phenotypic characterization. The obtained data lays the groundwork for future studies aimed at identifying genes and molecular markers as genetic selection tools for enhancement of entomopathogenic nematodes ability to withstand environmental stress conditions.