[論文レビュー] Bacterial diversity associated with Drosophila in the laboratory and in the natural environment

Fabian Staubach, John F. Baines+3 more|arXiv (Cornell University)|Nov 14, 2012

Insect symbiosis and bacterial influences被引用数 2

ひとこと要約

本研究では、16S rRNA遺伝子の454シーケンシングを用いて、野生およびラボで飼育されたドーパシラの細菌共生体を比較し、食料基質が自然のマイクロバイオームを主に決定づける一方、ラボ環境下ではラボ由来要因および確率的要因が支配的であることを明らかにした。コアマイクロバイオームのメンバーであるグルコノバクターは、野生のハエでは一貫して存在するが、ラボで飼育されたハエでは存在しないことから、これは自然のドーパシラマイクロバイオームにおいて不可欠である可能性がある。

ABSTRACT

The fruit fly Drosophila is a classic model organism to study adaptation as well as the relationship between genetic variation and phenotypes. Although associated bacterial communities might be important for many aspects of Drosophila biology, knowledge about their diversity, composition, and factors shaping them is limited. We used 454-based sequencing of a variable region of the bacterial 16S ribosomal RNA gene to characterize the bacterial communities associated with wild and laboratory Drosophila isolates. In order to specifically investigate effects of food source and host species on bacterial communities, we analyzed samples from wild Drosophila melanogaster and D. simulans collected from a variety of natural substrates, as well as from adults and larvae of nine laboratory reared Drosophila species. We find no evidence for host species effects in lab reared flies, instead lab of origin and stochastic effects, which could influence studies of Drosophila phenotypes, are pronounced. In contrast, the natural Drosophila associated microbiota appears to be predominantly shaped by food substrate with an additional but smaller effect of host species identity. We identify a core member of this natural microbiota that belongs to the genus Gluconobacter and is common to all wild caught flies in this study, but absent from the laboratory. This makes it a strong candidate for being part of what could be a natural D. melanogaster and D. simulans core microbiome. Furthermore we were able to identify candidate pathogens in natural fly isolates.

研究の動機と目的

• 野生およびラボで飼育されたドーパシラ由来の細菌共生体を特徴づけること。
• ホスト種と食料基質がマイクロバイオーム構成に与える相対的影響を特定すること。
• 自然のドーパシラマイクロバイオームに共通するコア細菌メンバーを同定すること。
• 野生のドーパシラ由来のサンプルに存在する可能性のある病原性微生物を同定すること。
• ラボ飼育条件が微生物コミュニティ構造に与える影響を評価すること。

提案手法

• 454ベースのピロシーケンシングを用いて、16S rRNA遺伝子の可変領域を解析し、細菌共生体をプロファイリングした。
• 多様な自然基質から採取された野生のD. melanogasterおよびD. simulansのサンプルを分析した。
• 9種のラボ飼育ドーパシラ種の成虫および幼虫由来の細菌共生体を比較した。
• ホスト種、食料基質、ラボ由来要因が微生物構成に与える影響を評価するため、統計モデルを適用した。
• サンプル間での分類的出現頻度を評価することで、コアマイクロバイオームメンバーを同定した。
• 既知の病原性菌種との相同性に基づいて、候補病原体をスクリーニングした。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ホスト種と食料基質のうち、どちらが野生ドーパシラの細菌共生体をより強く形作っているか？
• RQ2 ラボ飼育は、自然環境と比較してドーパシラ関連マイクロバイオームの構成にどのように影響するか？
• RQ3 野生ドーパシラ集団に共通するコアマイクロバイオームが存在するか？その場合、その主要メンバーは何か？
• RQ4 自然環境下で、D. melanogasterとD. simulansの間でマイクロバイオーム構成に一貫した差が見られるか？
• RQ5 野生ドーパシラ由来のサンプルにどのような病原性細菌が存在するか？

主な発見

• 野生ドーパシラにおける細菌共生体構成は、食料基質が主な駆動要因であり、ホスト種の識別は小さいが有意な影響を及ぼしていた。
• ラボ飼育ドーパシラでは、ホスト種の識別よりもラボ由来要因および確率的要因がマイクロバイオームに与える影響が強かった。
• グルコノバクター属は、自然ドーパシラマイクロバイオームのコアメンバーとして同定され、すべての野生由来ハエに存在したが、ラボ飼育株では存在しなかった。
• グルコノバクターは、D. melanogasterおよびD. simulansの自然コアマイクロバイオーム成分として強く候補となる。
• 自然ドーパシラ由来のサンプルに候補病原体が検出されたことから、野生集団に潜在的な微生物的脅威が存在することが示唆された。
• グルコノバクターがラボ飼育ハエに存在しないことから、ラボ条件が重要な自然の微生物関係を破壊または消失させている可能性がある。