昆虫-マイクロバイオーム相互作用のダイナミクスが宿主と微生物の共生に影響を与える

Dynamics of Insect-Microbiome Interaction Influence Host and Microbial Symbiont.

• Ayushi Gupta
• Suresh Nair

抄録

昆虫は腸内細菌叢と親密な関係を持っており、この共生関係は極限環境下での生存を目的とした本質的な進化の結果へと発展してきた。昆虫はごく少数の例外を除いて、そのライフサイクルの中でいくつかの微生物と関係を持っていることが明らかになっているが、これらの関係のいくつかの側面に関する情報はまだ完全に解明されていない。昆虫によるバクテリアの獲得は、微生物共生の始まりであり、その後、これらのバクテリア種が腸内環境に適応して長期にわたって生存し、世代を超えて伝達することに成功する。これまでにいくつかの昆虫-マイクロバイオーム関連が報告されており、それぞれに特徴的な特徴、多様化、特殊化が見られるが、何がこれらの多様化につながったのかはまだ明らかにされていない。最近の研究では、昆虫体内で働く様々な進化過程が関与していることが示唆されており、それは自由に生きている微生物が義務的な共生体や共生体に移行することを支配し、最終的にはこれらの共生関係の確立と多様化につながることが示されています。このレビューにまとめられている様々な研究から得られたデータによると、共生パートナーである細菌と昆虫は、そのライフサイクルや生物学に大きな影響を与えるいくつかの遺伝的、生化学的、生理学的変化を経ていることが示されている。昆虫と微生物の相互作用の興味深い結果は、微生物のパートナーが最終的にゲノムを減らすことに従うことである。内共生体は自由に生きている形態に比べてゲノムが小さいため、何が微生物のパートナーに還元的進化をもたらしているのかという疑問が生じている。このレビューでは、昆虫体内での微生物の運命と、それが細菌と昆虫の宿主の両方に与える影響を明らかにしようとしている。それぞれの特定の関連性についての議論はあまりにも膨大であり、本レビューの範囲外であるが、昆虫-微生物の関連性の進化の軌跡とダイナミクスのより良い理解に貢献する最近の研究の概要を紹介し、将来的には、この相互作用の性質をより良く理解することで、作物植物の経済的に重要な害虫を制御するための持続可能で環境的に安全な方法への道が開かれるのではないかと推測している。

Insects share an intimate relationship with their gut microflora and this symbiotic association has developed into an essential evolutionary outcome intended for their survival through extreme environmental conditions. While it has been clearly established that insects, with very few exceptions, associate with several microbes during their life cycle, information regarding several aspects of these associations is yet to be fully unraveled. Acquisition of bacteria by insects marks the onset of microbial symbiosis, which is followed by the adaptation of these bacterial species to the gut environment for prolonged sustenance and successful transmission across generations. Although several insect-microbiome associations have been reported and each with their distinctive features, diversifications and specializations, it is still unclear as to what led to these diversifications. Recent studies have indicated the involvement of various evolutionary processes operating within an insect body that govern the transition of a free-living microbe to an obligate or facultative symbiont and eventually leading to the establishment and diversification of these symbiotic relationships. Data from various studies, summarized in this review, indicate that the symbiotic partners, i.e., the bacteria and the insect undergo several genetic, biochemical and physiological changes that have profound influence on their life cycle and biology. An interesting outcome of the insect-microbe interaction is the compliance of the microbial partner to its eventual genome reduction. Endosymbionts possess a smaller genome as compared to their free-living forms, and thus raising the question what is leading to reductive evolution in the microbial partner. This review attempts to highlight the fate of microbes within an insect body and its implications for both the bacteria and its insect host. While discussion on each specific association would be too voluminous and outside the scope of this review, we present an overview of some recent studies that contribute to a better understanding of the evolutionary trajectory and dynamics of the insect-microbe association and speculate that, in the future, a better understanding of the nature of this interaction could pave the path to a sustainable and environmentally safe way for controlling economically important pests of crop plants.

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