植物防御二次代謝産物の細菌による解毒が低木と食肉性鳥類の相互作用を媒介する

オープンアクセス
発行：2023年3月31日
植物防御二次代謝産物の細菌による解毒が低木と食肉性鳥類の相互作用を媒介する

ベニー・トラベルシー
ニムロッド・シュテインデル
...
ヨーラム・ゲルチマン
作家を表示する
Nature Communications 14巻、記事番号：1821（2023） この記事を引用する
3 Altmetric（アルトメトリック
メートル法詳細
アブストラクト
多くの植物は肉厚の果実を作り、果実を食べる動物を引き寄せ、その糞の中に種子を分散させる。種子の消化は動物にとって非常に有益であるが、植物の体力を低下させるため、このような種子散布は植物と動物の対立を招く。植物のOchradenus baccatusは、ミロシナーゼ-グルコシノレートシステムを利用して種子を保護している。我々は、ミロシナーゼ酵素によるO. baccatus果実のグルコシノレートの加水分解が、鳥Pycnonotus xanthopygosのナイーブな個体の消化酵素を阻害し、消化を妨げることを示す。しかし、O. baccatusの果実を定期的に食べている鳥の消化には影響がなかった。我々は、これらの経験豊富な鳥類と果実の腸内を支配するPantoea菌が、培養中のグルコシノレート加水分解産物で増殖することを見いだした。Pantoea菌の増強は、グルコシノレート加水分解物の影響からナイーブな鳥類と植物の苗を保護する。この結果は、植物と鳥の相互利益的な相互作用が、共通のバクテリアのテナントによって媒介されている、三者間相互作用を示すものである。
はじめに
種子散布は、植物のライフサイクルの基本的な段階である。種子散布は、親子間や子孫間の資源獲得競争の抑制1や、新たな生息地での利用を可能にする2などの機能を持つ。エンドゾーチョリーは、一般的な種子散布戦略であり、果実を生産し、果実を食べるフルーギボアを誘引し、その糞に種子を含ませて散布するものである3。散布以外にも、果肉から種子を分離したり（発芽抑制剤を含むことが多い）、糞便で地面を肥やしたり、種皮に傷をつけたりすることで発芽を促進します4、5、6、7. 植物と食肉動物の相互作用は、食肉動物は果実の栄養素から、植物は種子の散布から利益を得るという相互依存的なものであると考えられている8,9。しかし、この関係は複雑である。種子は果肉に含まれないタンパク質を豊富に含んでいるため10,11、種子の消化は有益であるが13,14、植物の体力を低下させ、結果として植物と果実食動物の間で進化的な軍拡競争が起こる15。そのため、植物は、種子の捕食や消化を避けながら、種子散布者を引きつけるという微妙なバランスに直面している。
このトレードオフに二次代謝産物（SM）が関与していることが示唆された16,17。グルコシノレート（GSL）は、アブラナ科の植物によく含まれるSMsである。グルコシノレートは無害であるが、ミロシナーゼ酵素（MYR; EC 3.2.1.147）と混合すると、急速に加水分解されて毒性物質（別名「マスタードオイル爆弾」18）を放出し、草食動物からアブラナを守り18、19、草食動物の植物組織の摂取を減らす20）。植物の自傷行為を防ぐため、GSLとMYRは別々に区分けされ、組織が損傷したときにのみ混合される21,22。
砂漠に生える植物Ochradenus baccatus (Delile 1813 [Resedaceae]) は、甘い果肉を持つ果実を作り23、さまざまな動物を引き寄せる24。果肉は主に水と糖を含むが、種子はタンパク質、脂質、デンプンを豊富に含み25、食用に供される。以前、我々はO. baccatusがMYR-GSL機構を利用して、果肉にGSLを、種子にMYRを区画することにより、トゲネズミAcomys russatus（種子捕食者として有効）による種子捕食を軽減することを明らかにした23。種子を果肉と一緒に食べて消化する動物は、この2つを混ぜ合わせ、MYR-GSL機構を活性化させます。その結果、動物たちは糖鎖の加水分解物を浴びることになる。
砂漠では、O. baccatusの果実をイスラエル全土に生息する鳴禽類Pycnonotus xanthopygos (Hemprich and Ehrenberg 1833; white-spectacled bulbuls) 24,26 がよく食べています。Pycnonotus xanthopygosは果実を丸呑みして種子を排泄し26、O. baccatusの主要な種子散布者であると考えられている。P. xanthopygosの消化器官を通過することで種子の発芽が著しく促進されるが、鳥は摂取した種子の80％を消化するため、多面的な相互作用がある15。また、O. baccatusの果実を摂取すると、鳥の消化能力が低下することから15、P. xanthopygosによる種子捕食に対する植物の防御機構が示唆された。
我々は、O. baccatus果実のMYR-GSL加水分解物が消化酵素を阻害し、P. xanthopygosの食物消化率を阻害すること、およびO. baccatusの苗の成長にアレロパシー効果を及ぼすことを報告する。O.baccatusの果実を常食している鳥は、果実付随菌を獲得し、MYR-GSL加水分解産物を無毒化し、消化性を回復させる。最後に、鳥の消化器官を通過した同じ細菌は、苗の成長を改善し、MYR-GSL加水分解物の影響を防ぐことができた。これらの結果は、細菌を介した三者間、マルチドメイン相互作用が、植物と鳥の両方の表現型に影響を与えることを示している。
研究成果
Ochraceous baccatusの果実は、ナイーブなP. xanthopygosの消化を阻害する。
オオバナミズキンバイの果実が鳥の消化に及ぼす影響を調べるため、95km離れた2地点で鳥を捕獲した（図1a）。一方（南部）の鳥はO. baccatusの植物で捕獲し（以下、経験鳥）、もう一方（北部）の鳥はO. baccatus分布の端から離れた場所で捕獲し（以下、ナイーブ鳥）、飼育下で順化させた。O.baccatusの分布域外で捕獲された鳥（ナイーブバード）は、過去にO.baccatusと遭遇したことがないと仮定している。バナナに馴化したナイーブバード（図1b、W4-6、黄色）は、バナナ＋O. baccatus果肉＋種子エキス（図1c、B+P+S）を与えると、O. baccatus果実に馴化した経験者（図1b、W4-6、青および図1c、B+P+S）と比較して消化能力の低下が見られた。バナナまたはバナナにO. baccatusの果肉または種子エキスを混ぜたものを与えても、馴化食にかかわらず、そのような効果はなかった（図1c：B、B+P、B+S）。これらの結果は、O. baccatusの果肉や種子の摂取、ひいては混合が生体内での消化を妨げること、そしてO. baccatusを経験した鳥がMYR-GSL加水分解産物の消化率低下作用に対する抵抗性を獲得する可能性を示す。
図1：Ochradenus baccatusの分布図とPycnonotus xanthopygosの採集場所、実験スケジュール、O. baccatus種子エキスと果肉の混合物はナイーブな鳥の消化を阻害した。
a イスラエルにおけるOchradenus baccatusの分布（青い点は目撃情報を示す）および鳥類の捕獲場所（黒い点）。果実はイスラエルの死海北岸付近で採取した。鳥類はO. baccatusの近くで捕獲されたもの（すなわち、経験豊富な鳥類；n = 6）、またはその分布外で捕獲されたもの（すなわち、未経験の鳥類；n = 4）。2つの生息地間の空中距離は98kmで、ヒヨドリ類の1日の最長飛行距離は5kmと報告されている26。 b 実験スケジュール（W週、d日）： 第1週は、捕獲したばかりのナイーブな鳥はバナナ（黄色い背景）を、捕獲したばかりのベテラン鳥はO. baccatusの果実（青い背景）を食べさせた。2週目から餌を入れ替え（W2-3）、4週目に再び入れ替えた。培養菌用の糞はW1の初日に採取し、1～3週目までは毎日マイクロバイオーム解析のために採取した。消化率実験では、鳥をO. baccatusの果実またはバナナで1週間馴化させた（W4）。Ochradenus baccatusの種子（S）と果肉（P）を手作業で分離し、種子は粉砕して水で抽出、果肉は絞ってジュースにし、どちらも0.22μmのろ過で滅菌した。3日に1回（図1bおよび3d）、鳥に指定飼料（バナナ＋水、B；バナナ＋O. baccatus果肉ジュース、B＋P；バナナ＋O. baccatus種子エキス、B＋S；またはO. baccatus果肉と種子エキス両方を混ぜたバナナ、B＋P＋S）を30分与え、消化率を求めた。実験期間中、鳥はバナナまたは O. baccatus（図 1b、それぞれ黄色と青の背景）を食べた。 c 異なる飼料を与えた鳥の乾物（DM）消化率（％）。箱の中心線は中央値、箱の限界は下限値（Q1）と上限値（Q3）、ひげは5-95パーセンタイル；2つの独立標本に対する両側t検定、t8 = 4.306, P = 0.003, n = ナイーブ鳥は4、経験鳥は6. NSは有意ではない。ソースデータはSource Dataファイルとして提供されています。
フルサイズ画像
O.baccatus果実のMYR-GSL防御機構の特性と鳥類消化に及ぼす影響について
O.baccatusの果肉をHPLCで分析した結果、果肉中の主なグルコシノレートとしてBenzylGSL (Glucotropaeolin) の存在が確認された（図2a）。O. baccatusの果肉と種子を混合すると、GC-MSで同定されたBenzyl isothiocyanate (BITC) が出現した（図2b）。BITCの生成は、種子に含まれるMYR酵素の活性により、果肉に含まれる無傷のベンジルGSLが加水分解されるためである（図2c）。この相互作用を生体内でさらに詳しく調べるため、鳥の消化管を果実全体が通過した後のBenzylGSL濃度をHPLCで定量化しました（図2d）。ベンジルGSLは鳥の消化器官内で急速に分解し、O. baccatus果実の14.38 ± 1.37 µg/g新鮮重量（FW）から、未熟な鳥では1.54 ± 0.16 µg/gFW、経験のある鳥の糞では 1.77 ± 0.2 になった（図2d.)。濃度が88-89%減少したのは、鳥の消化器官でBenzylGSLが加水分解されたためと考えられる。O. baccatusの果実を食べた鳥の糞からはBITCが検出されなかったが、これはBITCが鳥の消化器官などのタンパク質27と容易に結合し、GC/MSでは検出されない共役を作るためと考えられる。
図2：オクラデヌス・バッカスの種子と果肉を混ぜると、MYR-GSL機構が活性化し、消化酵素が阻害される。
a O. baccatus果汁中のグルコシノレート（GSL）のHPLCクロマトグラムから、BenzylGSLが主なGSLであることがわかる。 b O. baccatus果汁と粉砕種子を混合すると、分解物としてBenzyl isothiocyanate（BITC）が生成するが果肉にはBITCは存在しない。 c O. baccatus果物のmylosinase-グルコシノレート機構の模式的モデル。BenzylGSLは果肉に存在し、ミロシナーゼ（MYR）酵素は種子にのみ存在する。d新鮮なO. baccatus果実（ここではFeed）およびO. baccatus果実を食べた経験豊富な鳥とナイーブな鳥の糞中のBenzylGSL濃度（μg/gr FW）をHPLCで定量した（鳥についての詳細は図1a参照）。箱の中心線は中央値、箱の限界は下位四分位値（Q1）と上位四分位値（Q3）、ひげは5-95パーセンタイルである。一元配置分散分析、F2,11 = 105.58, P < 0.001, O. baccatus vs. 鳥類について。ボンフェローニ多重比較検定，P < 0.0001-異なる文字で表示した棒で示す；n = それぞれ独立した4羽のナイーブ鳥または独立した6羽の経験鳥。 e 水と比較したアミラーゼ活性に対するBITCの影響；ボックスの中心線，限界およびひげは（a）と同様；2つの独立したサンプルに対する両側t検定，*t8 = 3. 514, P = 0.008, n = 5, 各処理。 f 水と比較したリパーゼ活性に対するBITCの影響；ボックスの中心線、限界、ひげは（a）と同じ；独立した2つのサンプルに対する両側t検定、*t12 = 5.326, P < 0.001, n = 7、各処理について。ソースデータはSource Dataファイルとして提供されています。
フルサイズ画像
果肉ジュースを混ぜた種子エキスを食べた鳥の消化率の低下が、BenzylGSL加水分解物を介したものかどうかを調べるため、種子の消化に関与すると考えられる2つの主要な消化酵素、アミラーゼとリパーゼの活性に対するBITCの効果を検証した15（市販酵素を使用、方法の項参照）。両酵素の活性低下は明らかであり（図2e、f）、BenzylGSL加水分解物が消化酵素を阻害して消化を妨げることを示唆し、BITCの種子保護に対する生化学的メカニズムを浮き彫りにした。なお、多くの鳥の屠殺を避けるため、市販の（豚の膵臓）酵素が使用されたことに留意されたい。
鳥の食性と自然史の両方が果実関連Pantoea菌の有病率を決める
O.baccatusに飼育下で順応した鳥類が、O.baccatusの果肉や種子を含む食物を消化できること（図1c）は、BenzylGSL加水分解産物に対する「後天的耐性」機構を示唆している。このような耐性は、特殊な消化酵素の結果である可能性もあるが（モノテルペン類で示されたように28）、P. xanthopusの集団が継続的に生息する2つの捕獲地点間の距離はわずか95kmであり、鳥の集団の遺伝的混合が非常に起こりやすいため、その可能性は低い。そこで、この耐性が腸内細菌の活動に基づくものであると仮定し、O. baccatusの食餌が鳥類の腸内細菌叢の全体組成および特定の分類群の存在量に与える影響を調べた。我々は、O. baccatusの果実またはバナナを食べた鳥の糞から抽出したDNAの次世代16S rRNA遺伝子シーケンスを使用した（図1b、W1-3）。比較のため、O. baccatusとバナナの飼料から細菌DNAも抽出し、塩基配列を決定しました。その結果、鳥の糞からは1091個のアンプリコン配列変異（ASV）が、果実からは233個のASVが検出されました。鳥の微生物相組成には、捕獲場所（ナイーブ対ベテラン、図3a、それぞれ三角対丸）および餌（バナナ対O. baccatus果実、図3a、それぞれ黄対青）が有意に影響することが、非計量多次元尺度法（NMDS、図3a）により示されました。興味深いことに、O. baccatus果実食に切り替えた経験豊富な鳥のサンプルは、O. baccatus果実を食べた経験豊富な鳥のサンプルと一緒に集まり（図3a）、バナナを食べたナイーブな鳥とは別であることから、強い食餌効果があることが示された。
図3：鳥類の腸内細菌叢とPantoeaの相対量は、Ochradenus baccatusの果実の摂取に強く影響されている。
a バナナ（ban.；黄）またはオクラダスバッカス果実（O.b.；青）を食したナイーブ（N.；三角）とベテラン（E.；円）の鳥の微生物叢組成の違いについて示した。Bray-Curtis非類似度行列（ストレスk=2=0.12）に基づくノン・メトリック多次元尺度分析（NMDS）により、捕獲場所と食餌が細菌群の形成に強い影響を与えることが明らかになった。順列分散分析（PERMANOVA）では、F = 6.67, df = 1, R2 = 0.074, P < 0.001 と F = 7.12, df = 1, R2 = 0.079, P < 0.001 がそれぞれ捕獲場所と食餌に影響。b バナナまたはO. baccatusの果実を食べた経験豊富な鳥とナイーブな鳥における細菌属の平均相対存在量（食餌体制の詳細については図1bを参照） c 果実中の細菌属の平均相対存在量 d 異なる食餌日中の鳥ごとのPantoea ASV0003の相対存在量（全細菌配列に対する割合）の推移。ナイーブ（N.）鳥は丸印、経験豊富（E.）鳥は三角印、O. baccatusの果実を食べている鳥は青、バナナを食べている鳥は黄で表示。矢印は食餌の切り替え時期を示す；両側線形判別分析（LDA）効果量＝5.21、P＜0.0001。ソースデータはSource Dataファイルとして提供され、NGSデータはBioProject PRJNA869874の下で利用可能です。
フルサイズ画像
属レベルの群集組成を見ると、O. baccatusの果実を食べる鳥類では、地理的な由来にかかわらず、Pantoea属の細菌が最も多く存在していました（図3b）。Pantoea属のASVのうち、ASV0003が最も多く、この属に割り当てられたリードの93%以上に相当しました。一方、バナナを食べた鳥では、Pantoea属は細菌集団の0.67%に過ぎず（図3c）、ASV0003はPantoea属ASVの58%（細菌全体の0.4%）に相当しました。この結果とほぼ一致して、O. baccatus果実の微生物叢では、Pantoea属が最も豊富な細菌であり（ASVの47.97%; 図3c）、AVS0003はPantoea属ASVの91.4%を占めていました。
鳥の糞中のPantoeaの有病率に及ぼす食餌（O. baccatus果実またはバナナ）の影響とその推移の時間経過解析は、鳥の腸内のPantoeaがO. baccatus果実を食べることと密接に関連しているという考え方を支持している（Fig. 3d）。実験開始当初、Pantoea ASV0003は経験豊富な鳥にのみ見られ、ナイーブな鳥のマイクロバイオームには全く見られなかった（図3d）。餌を切り替えると、これらの細菌の存在量は劇的かつ急速に変化し、3日以内にバナナからO. baccatusに切り替えた鳥で増加し、O. baccatusからバナナに切り替えた鳥で減少した（Fig. 3d）。これらの結果から、O. baccatus果実の摂食は鳥類腸内細菌叢のPantoeaを促進し、これらの細菌はO. baccatus果実に由来する鳥類腸内細菌叢のコアメンバーではなく、一過性のものであることが示されました。
BITCの存在下でPantoea菌の増殖が改善された。
O.baccatusの果実（図3c）およびこれらの果実を食べた鳥の糞（図3c、d）に含まれるPantoea菌のレベルが高いことから、MYR酵素によるBenzylGSLの分解物であるBITCの存在によって、この属が選択される可能性を示唆する。このことを検証するために、経験豊富な鳥の捕獲日の新鮮な糞から細菌を培養したところ（図1a：培養可能な細菌の分離）、一部の分離株は0.1%のBITCを添加したLuria Broth（LB）中で増殖できることが判明しました。試験した形態学的に代表的な50の分離株のうち、ほとんどはプレーンLBで培養したものと比較して増殖が抑制されていた。しかし、一部の株、特に45番の株はBITCの存在下で増殖が認められた（図4a）。分離株#45の16S rRNA遺伝子をDNA抽出、増幅、配列決定した結果、O. baccatus果実およびO. baccatus果実を食べた鳥類の腸内細菌叢で最も優勢な分類群であるPantoea agglomerans（補足図S1およびS2、それぞれ以下Pa45）と99.78％、ASV0003と100％の同一性を示した（図3B、C）。これらの結果から、PantoeaはO. baccatus果実に由来するだけでなく、O. baccatus果実中のGSL-MYR分解産物によって選択されることが示唆された。
図4：Pantoea（分離株45、ASV0003との配列類似度100%、補足図S2参照）はBITCを増殖・除去し、O. baccatus種子と果肉の混合物を食べた鳥類の消化酵素の阻害を改善し消化率を向上させることができる。
a 鳥の糞から抽出した細菌コロニーを、BITCの存在下で増殖する能力についてスクリーニングする。結果は、BITC（0.1%）を添加したLuria Broth（LB）培地での増殖率を、水を添加した培地に対する相対値で表しています。b BITCとPantoea 45菌（Pa45）を混合すると、代表的なGC-MSクロマトグラムに見られるように、BITCが除去されることがわかる。c Pa45によるBITC除去の定量化；ボックスの中心線は中央値、ボックスの限界は下位四分位（Q1）および上位四分位（Q3）、ひげは5-95％マイル；独立2サンプルに対する両側t検定、t8 = 9.03, P < 0.0001, 各処理についてn = 5。 d アミラーゼ活性に対するBITC、BITC+Pa45および水の影響；ボックスの中心線、限界およびひげは（c）と同じ。e リパーゼ活性に対するBITC、BITC+Pa45および水の影響；ボックスの中心線、限界線およびひげは（c）と同じである。f 経験豊かな鳥とナイーブな鳥に、粉砕した O. baccatus 種子とパルプジュースの混合物を Pa45 で濃縮する前または後に与えた場合の乾物消化率（%）；箱の中心線、限界、ひげは（c）と同じ；独立した 2 標本の両側 t-検定、t8 = 4.306, P = 0.003, n = 4 ナイーブな鳥、経験豊かな鳥 6. NSは有意ではない。ソースデータはSource Dataファイルとして提供されています。
フルサイズ画像
Pa45は鳥類のBITCを解毒し、消化を改善することができる。
Pa45（P.agglomeransと同定された分離株#45）のBITC無毒化能力を調べた。GC-MS分析の結果、0.1%のBITCを添加したLB培地にPa45細菌を添加すると、細菌を添加していない培地と比較して、BITC濃度が著しく低下した（図4b、c）。また、Pa45の添加により、アミラーゼおよびリパーゼ活性に対するBITCの阻害効果が有意に中和された（それぞれ、図4d, e）。この細菌の効果をin vivoで検証するため、鳥の飼料にPa45細菌を濃縮した。試験管内で得られた知見と同様に、バナナ馴化鳥にバナナ＋果肉＋種子を与えたところ、消化率が低下した（O. baccatus馴化鳥と比較して）。一方、Pa45で飼料を濃縮したところ消化率が向上し、O. baccatus馴化鳥と同等になった（図1cおよび図4f）。以上のことから、MYR-GSL系のGLSs加水分解産物を除去することにより、種子-パルプ混合による消化阻害作用を中和する果実関連細菌を同定した。
BITCはO. baccatusの苗の発育を阻害し、Pa45はBITC効果を是正することができる
Ochradenus baccatusのパルプは、O. baccatusの種子の発芽に有害な影響を与えることが以前に示された15。ここでは、パルプの糖脂質（図2b）の主な加水分解物であるBITCを灌漑水に添加すると、O. baccatusの種子発育に悪影響を及ぼすこと（図5；＋BITC）、Pa45を添加するとこの効果を改善できること（図5；＋BITC＋Pa45）を示す。BITC非存在下では、Pa45の添加は種子発育に影響を与えず（図5；＋Pa45）、細菌効果はBITCの中和によるものであることが示唆された。
図5：ベンジルイソチオシアネートはOchradenus baccatusの苗の成長を阻害し、Pa45は阻害を中和する。
a Pantoea 45細菌単離株（Pa45）の存在下または非存在下で、BITC（0.1%）を添加した水と相対的に灌漑した後のプルーム（緑）およびラディクル（茶）の成長（長、mm）；ボックス中心線は中央値、ボックス限界は下位四分位（Q1）と上位四分位（Q3）、ひげは5-95パーセンテージです。プルミュール：一元配置分散分析、F3,142 = 13.21, P < 0.001, n = 30 to 54 for each treatment. ラディクル：一元配置分散分析、F3,142 = 7.21, P < 0.001, n = 30-54 for each treatment. b 2週間の成長後、Pa45の存在または非存在下で、水対BITC (0.1%) で潅水した代表実生植物。ソースデータはSource Dataファイルとして提供されています。
フルサイズ画像
ディスカッション
果実と食肉動物の相互作用に微生物相が及ぼす影響を調べた先行研究では、少なくともいくつかのケースで、微生物が脊椎動物の草食動物に対する果実の魅力を高めることが示唆されている29。ここでは、果実の果肉が厚く、草食動物による種子消化を克服している砂漠の低木、Ochradenus baccatusについて、この相互作用について検討した。果実のパルプには糖分のほかにグルコシノレートが、種子にはミロシナーゼ酵素が含まれている。種子と果肉が混ざり合うと、例えば動物の消化管内では、MYR-GSLメカニズムによって毒性のある加水分解物が放出される。以前、この加水分解物の形成が、ネズミの種子捕食から種子散布への移行を促すことが示された23。Pycnonotus xanthopygos鳥類（ヒヨドリ）は、O. baccatusの重要な種子散布者と考えられており、果実全体を食べ、種子を分泌する26。しかし、我々の以前の研究では、鳥と植物の間の複雑な相互作用が示され、鳥の消化器官を通過することにより、生存可能な種子の数が劇的に減少した（したがって、植物の体力が低下した）。しかし、消化器官の通過は、生き残った種子の発芽を増加させる15が、消化酵素の活性を阻害することで鳥の消化能力を阻害し、相反する利益の存在と生態系のアームレースを示す15。
本研究では、これらの効果のメカニズムを解読し、「O. baccatus-油の爆弾」（すなわち、GSL-MYRシステム）の活性化により、鳥の消化酵素とO. baccatusの種子成長を阻害するBITCを生成することを明らかにした。また、O. baccatusの果実に共通して生息することがわかり、P. xanthopygosが果実を摂取することで獲得した細菌、Pantoea agglomerans30がBITCの濃度を下げることができることを示す。さらに、P. xanthopygosは、BITC暴露による生理的影響を改善し、鳥の消化と苗の成長を完全に回復させることができた。これらの結果は、これまで昆虫32、げっ歯類33、太陽鳥34の食物中の「汚染物質」31の解毒における腸内細菌叢の役割とよく一致するが、ここでは、特定の細菌種が鳥の消化生理と植物の人口動態の両方にプラスの影響を与える多栄養相互作用を仲介できることを実証した（図6）。また、P. agglomeransはP. xanthopygosの腸内細菌叢の一過性のメンバーであり、鳥がO. baccatusを食べることでこの環境に定着し、安定化することも明らかにした。鳥の餌をO. baccatusの果実からバナナに切り替えると、鳥の腸内のPantoea集団は劇的かつ急速に減少し、バナナからO. baccatusの餌に切り替えるとその逆になった（文献35、36と同様）。また、鳥の糞から分離したP. agglomeransは、GSL加水分解物の存在下で、耐性だけでなく増殖も改善した。このような分解物は多くの細菌に害を与えることが知られており37（ただし、耐性菌に関する先行研究は文献38、39を参照）、同じ糞からの他の分離株の多くは増殖が低下していた。
図6：「Ochradenus baccatus-oil-bomb」が鳥に与える影響と、Pantoea 45菌の存在下での苗の成長に対する影響。
植物と鳥の両方にポジティブな影響を与える、細菌が媒介する多栄養的相互作用を説明する概略モデル。O. baccatusのパルプと種子を混合した後、「O. baccatus-oil-bomb」が活性化し、鳥の消化器官でBenzylGSLが作られ（星）、消化酵素の活性阻害（紫のPacMans）をもたらし、消化が低下する。さらに、"O. baccatus-oil-bomb "の生成物は、苗の成長低下も引き起こします。O.baccatusの果実に含まれるPantoea菌は、鳥の腸内細菌叢で観察されるように鳥が獲得し、「O.baccatus-oil-bomb」を中和するため、鳥の消化を促進し苗の成長を回復させることができます。
フルサイズ画像
以上のことから、本データは、グルコシノレート分解物が脊椎動物の消化能力に及ぼす影響と、消費された果実から取得し、グルコシノレート加水分解物の存在下で選択された特定の細菌種P. agglomeransによるこれらの生成物の無害化についての説明を提供する。Pantoea属細菌は、鳥の腸内とO. baccatusの果実の両方で、SMで保護された独自の生息地を獲得し、後者の生息域を拡大することによって、これらの相互作用から利益を得ることができます。Pantoea属細菌は多くの環境に存在し、グルコシノレートは一般的な二次代謝産物であることから、これらの細菌は他の多くの植物-動物相互作用に関与していると考えられる（例えば、文献40）。最後に、私たちの結果は、植物、果実の消費者、特定の細菌種という異なる三者間王国のメンバー間の利害の対立の複雑さを浮き彫りにするものである。
研究方法
この研究は、ハイファ大学倫理委員会の承認番号750/21を受け、それに従って実施された。
研究対象種
Ochraceous baccatus (Delile 1813; Resedaceae)はサハロ-シンディアンに広く分布する多年生の野生低木で、パキスタンからイスラエル中部までの砂漠の生息地に生息している41。イスラエルにおけるO. baccatusの範囲（図1a）のデータは、Danin and Fragman-Sapir (2016) Flora of Israel Online https://flora.org.il/en/plants/OCHBAC/#moreinfo) より引用した。実験に使用したすべてのO. baccatusの果実は、イスラエルの死海の北海岸付近（31°48'N、35°27'E）で、さまざまな低木から収穫された。新鮮な果実を3日に1回採取し、混合して使用するまで4℃で保存した。必要に応じて、O. baccatusの種子とパルプを手作業で分離した。果肉は粉砕し、ろ紙で絞ってジュースにした。指定された場合、種子をコーヒーグラインダーで短いパルスで粉砕し、種子粉末を20％wt／volの水に懸濁させた（例えば、2gの粉砕種子を10mLの総水量に入れる）。果肉汁と種子抽出液は、遠心分離（8000×g、5分）して大きな固形物を取り除き、0.2μmのシリンジフィルターで濾過して滅菌した。
Musa acuminata Colla 1798（バナナ）は、ムササビ科に属する常緑多年生植物である。その果実は、しばしば質素な鳥類の人工食の主成分として使用されている42。バナナ果肉は、水溶性炭水化物を多く含むが（乾燥重量の70％）、タンパク質（1.2％）と脂質（0.2％）は低い43。実験では、イスラエルで最も多く栽培されているグランドナインという品種を使用した。
Pycnonotus xanthopygos (Hemprich and Ehrenberg 1833; white-spectacled bulbuls) は、中東によく生息している44。P. xanthopygosは2つの生息地で捕獲された。1つはO. baccatusの生息域と重なる場所（北緯31度33分、東経35度24分）であり、したがってO. baccatusの果実を採食・摂取した経験がないと仮定した24，26（すなわち、、 また、2羽目はO. baccatusの分布域外（32°27' N, 35°33' E）であり、O. baccatusの果実に対してナイーブであると想定した（ナイーブ鳥；n = 4）。2018年5月にイスラエルのヨルダンバレーでミストネット（Monofilament 9S；メッシュサイズ15×15mm、ネットサイズ2.5×12m）を用いて鳥を捕獲した（bird ringing permit #297 , Israel Nature & Park Authority）。鳥の年齢は6ヶ月から1年であった。Pycnonotus xanthopygosの性決定は、手術をしないと非常に複雑であり、我々はそれを行わなかった。実験終了後、すべての鳥は無傷でリリースされた。
鳥の捕獲、住居、餌
捕獲後、各鳥はイスラエル、キルヤット・ティボンのオラニム大学キャンパス内の屋外囲いの中で、別のケージ（100×80×40cm）で飼育された。捕獲後、給餌を開始した。最初の1週間は、ナイーブな鳥にはバナナ果実を、ベテラン鳥にはO. baccatusの果実を与えた（図1b、W1）。2週目の初めから2週間（W2-3）、ナイーブな鳥にはO. baccatusの果実を与え、ベテラン鳥にはバナナの果実を与えた。この3週間（図1b、W1-3）の間、毎日糞と果実のサンプルを採取して滅菌チューブに入れ、2容量のエタノールを添加した。チューブは-20℃で凍結した。次に、第4週の初めに（図1b、W4）、飼料を元に戻し、実験終了まで、ナイーブな鳥にはバナナを、ベテラン鳥にはO. baccatusの果実を食べさせた。一定期間ごとに（Fig.1b）、1食分の飼料に水、オオオニバス果肉ジュース（グルコシノレート含有）、オオオニバス地上種子エキス（ミロシナーゼ酵素含有）または果肉ジュースと種子エキス（オオオニバスGSL-Myr系活性化、GLS分解物含有）を添加した。
消化能力の定量化
消化率は、文献と同様に定量化した。 16. 簡単に説明すると、各試験の朝（午前7時）に、すべてのケージから水と餌の容器を取り除いた。午前11時、各ケージの底にベーキングペーパーシートを置いて糞を集め、50g（新鮮重量）の混合飼料（下記参照）を入れた容器を鳥に提示した。30分間、鳥に自由摂食をさせた後、食器を取り出した。容器に残った餌を秤量し、式（1）に従って消費された餌の乾燥重量（グラム乾燥重量）を算出した。いずれの場合も、乾燥重量は、既知の量の飼料を60℃で安定した重量まで乾燥させ、乾燥質量％を計算することによって求めた。また、蒸発による生鮮食品の重量損失は、給餌期間中に5つの容器（鳥に提示した容器と同様、各食品50g入り）をケージから出し、給餌期間後に重量を測定することで定量化した（蒸発損失はすべてのケースで6％未満である）。餌の重量の変化は、蒸発による餌の重量損失で補正した。50gの飼料に、2mLの水（コントロール）；1mLのO. baccatus果汁＋1mLの水（果肉、P）；1mLのO. baccatus地上種子エキス＋1mLの水（種子、S）；または1mLのO. baccatus果汁＋O. baccatus地上種子エキス1mL（果肉＋種子、P＋S）を添加した。
P. xanthopygosにおけるO. baccatus果実の最大腸管通過時間は91.5±7.3分である26。そこで、給餌終了2時間後（すなわち13時30分）に、ケージ床のライニングを回収し、糞をあらかじめ秤量したラベル付きガラスシャーレに掻き込んだ（「プラスチック」として使用したガラスは可塑剤の蒸発により重量が減少する傾向がある）。糞は60℃で一定の重量まで乾燥させ、式（2）に従って食物消化率を算出した。各実験の後、ナイーブな鳥はバナナの餌に、ベテラン鳥はO. baccatusの果実を自由摂取するように戻された。実験中、すべての鳥は健康であることが確認され、すべての飼料を進んで摂取した。
$$\mathop{{{{{{{\rm{Food}}}}}}},{{{{{{\rm{consumption}}}}}}}}\limits_{({{{{{\rm{g}}}}}},{{{{{\rm{dry}}}}}},{{{{{\rm{wt}}}}}})}=\left[\mathop{{{{{{\rm{food}}}}}}, {{{{{{\rm{supplied}}}}}}}}\limits_{{{{{{\rm{g}}}}}},{{{{{\rm{fresh}}}}}},{{{{{\rm{wt}}}}}}}-\frac{{{{{{\rm{remaining}}}}}},{{{{{\rm{food}}}}}}({{{{{\rm{g}}}}}},{{{{{\rm{fresh}}}}}},{{{{{\rm{wt}}}}}})}{1! -!{{{{{\rm{percentage}}}}}},{{{{{\rm{food}}}}}},{{{{{\rm{loss}}}}}},{{{{{\rm{due}}}}}},{{{{{\rm{to}}}}}},{{{{{\rm{evaporation}}}}}}}\right]\times%,{{{{{\rm{dry}}}}}},{{{{{\rm{wt}}}}}}$$
(1)
$${{{{{\rm{Digestability}}}}}}(%)=\frac{({{{{{\rm{food}}}}}},{{{{{\rm{consumption}}}}}},({{{{{\rm{g}}}}}},{{{{{\rm{dry}}}}}},{{{{{\rm{wt}}}}}})-{{{{{\rm{droppings}}}}}}({{{{{\rm{g}}}}}}, {{{{{\rm{dry}}}}}},{{{{{\rm{wt}}}}}}))}{{{{{{\rm{food}}}}}},{{{{{\rm{consumption}}}}}}({{{{{\rm{g}}}}}},{{{{{\rm{dry}}}}}},{{{{{\rm{wt}}}}}})}\times 100$$
(2)
O. baccatus果実のグルコシノレートの同定
4℃で保存したO. baccatusの果実の果肉と種子を手作業で分離した。果肉300 mgをエッペンドルフチューブに移し、1200 μLのメタノールと100 μMのシニグリン（内部標準として；O. baccatus45ではシニグリンは発見されていない）を入れた。GSLはDEAEカラムで抽出され、desulfoGSLに変換され、HPLCで保持時間と吸光度スペクトルを比較して同定された（すべて文献45による）。
O. baccatus果実およびO. baccatus果実を食べた鳥の糞に含まれるBenzylGSLの定量化
新鮮なO. baccatusの果肉300 mgを、1200 μLのメタノールと100 μMのシニグリン（内部標準として）を含むエッペンドルフチューブに入れた。同時に、O. baccatus果実を食べた鳥（捕獲初日は経験者、飼料を切り替えた1週間後はナイーブな鳥）の糞300μLも、1200μLのメタノールと100μMのシニグリン（内部標準物質）の入ったエッペンドルフチューブに移した。GSLを抽出し、desulfoGSLに変換して同定し、ref.45にしたがってHPLCで定量化した。 45.
O. baccatusのグルコシノレート-ミロシナーゼ加水分解産物の同定
GSL加水分解物の同定には、質量分析併用ガスクロマトグラフィー（GC-MS）を使用しました。O. baccatusの果実（果肉および種子）40 mLを100 mL 三角フラスコに入れ、10 mLのn-Hexaneで2時間オーバーレイした後、液を50 mLチューブに移し、ボルテックスで1分間混合し、4000 × gで5分間遠心して固体を除去しました。次に、上層の有機相5 mLをガラス管に移し、窒素気流下で100 µLに濃縮した。濃縮液をガラス製GCバイアルに移し、Rxi-5Sil MSキャピラリーカラム（長さ30m；内径0.25mm；0.25μmコーティング；Restek）を備え、シングル四重極質量分析検出器（Agilent 5975C）に結合されたAgilent 7890Aガスクロマトグラフ（Agilent Technologies）に2μL注入した。最初のオーブン温度は70℃であった。これを20℃/分の速度で250℃まで昇温し、さらに250℃から320℃まで10℃/分の速度で昇温し、10分間保持した。インジェクター温度は250 ℃、キャリアガス（ヘリウム）流量は1 mL/分とした。スプリットレス注入を用い、パージ時間は1分とした。トランスファーラインは320 ℃に設定された。質量分析計の条件は、イオン源温度230℃、四重極温度150℃、イオン化電圧70eVであった。質量分析は、電子衝撃源を用い、40から550m/zのスキャンモードで行った。GSL加水分解生成物の同定は、保持時間およびフラグメンテーションパターンの米国国立標準技術研究所（NIST）ライブラリとの比較に基づき、市販の標準物質（Sigma Cat# 622-78-6）に対して検証した。
消化酵素活性に対するBITCの影響
BITCが消化酵素の活性を阻害するかどうかを調べるため、市販の消化酵素アミラーゼ（Sigma Cat# A3176）およびリパーゼ（Sigma Cat# L0382）を、水性の市販BITC（0.2%; Sigma Cat# 622-78-6）と組み合わせた後にテストした。脱イオン水はコントロールとして使用した。アミラーゼおよびリパーゼのアッセイは、文献にしたがって実施した。 15.
鳥の糞および植物体からのDNA抽出、および16S rRNA遺伝子の増幅と配列決定
鳥の出身地と食餌が細菌群集組成に及ぼす影響を調べるため、上記のように餌を与えた2つの生息地の鳥の糞から微生物相を分析した（図1bも参照）。鳥の糞（～500μL）を毎日滅菌チューブに採取し、2容量の絶対エタノールを添加した。さらに、ケージの外に置いたバナナとO. baccatusを毎日給餌時に採取し、果実微生物相を分析した。すべてのサンプルは、DNA抽出まで-20℃で保存した。サンプルチューブを15,000×gで10分間遠心分離し、ピペットでエタノールを除去した後、100℃のドライブロック内で20分間蒸発させた。PureLink™ Microbiome DNA Purification Kits (Thermo Fisher Scientific, UK)を用いて、メーカーの説明書に従い、固形物からDNAを抽出した。また、ネガティブコントロールとして、同じ処理を行った3本の空チューブからDNAを抽出した。抽出したDNAは、さらなる分析まで-20℃で保存した。PCR増幅のために、プライマーペアCS1_515F（ACACTGACGACATGTTCTACAGTGCCAGCMGC CGCGTAA）とC1_806R（TACGGTAGCAGACTTGTCTGGACTACHVG GGTWTCTAAT）（統合DNA技術、米国）を用いて16S rRNA遺伝子のV4領域について10〜100 ng DNAが以前に公表されている46のように増幅されました。増幅は、2×Bio-Ready-Mix（Bio-Lab、イスラエル）を用いて25 µLの容量で行った。プライマー濃度は0.5ng/μLであった。PCR条件は以下の通りである： 95℃で5分間、95℃で30秒、55℃で45秒、68℃で30秒の28サイクル、68℃で7分間の最終伸長ステップを行った。増幅産物はアガロースゲル電気泳動で確認した後、-20 ℃で保存した。ブランクサンプルでは、増幅（コンタミネーション）は観察されなかった。
ライブラリー作成とシーケンシングは、米国イリノイ大学シカゴ校の研究資源センター、ゲノム研究コアで実施した。簡単に説明すると、Access Array Barcode Library for Illumina (Fluidigm, CA, USA; Item# 100-4876)から得た固有の10塩基バーコードを導入するために、各サンプルについて2度目のPCR増幅を行った。サンプルは、AMPure XP cleanup protocol (0.6×, vol/vol; Agencourt, Beckmann-Coulter)を用いて等量でプールされ、精製されました。15%のPhiXスパイクインを加えたプールライブラリをIllumina MiniSeq mid-outputフローセル（2×150ペアエンドリード）にロードし、シーケンスデータを作成した。生リードはFASTQファイルとして回収された。生配列データは、BioProject accession PRJNA869874としてNCBI SRAデータベースに寄託された。
配列データの処理と解析
配列解析-Rを用いたDADA2パイプライン（バージョン1.18.0）47を配列データ解析に使用した。maxN=0、maxEE=2、trimLeft=20bp、truncLen=153bpをパラメータとする「filterAndTrim」コマンドで、配列のフィルタリングと品質トリミングを行った。配列エラー推定モデルは、"learnErrors "オプションを使用して、デフォルトのパラメータを使用して実施した。これらのステップに続いて、エラー訂正のためにDADA2アルゴリズムが実装され、サンプルごとのASVとカウントを含むカウントテーブルが作成されました。配列のマージは、最小オーバーラップを8bpに設定した "mergePairs "コマンドで行った。キメラの疑いがあるものは、"removeBimeraDenovo "コマンドを使用して検出し、除去した。ASVの配列とサンプルあたりのリード数を示すカウントテーブルが抽出された。ASVの分類学的分類は、SILVA small subunit rRNAデータベース（バージョン138; https://zenodo.org/record/3731176#.Y9ZyjnZBxaQ）を用いて、コマンド「assignTaxonomy」アルゴリズムで最小類似度閾値を80％とし、ASVsテーブルの作成に用いたPhyloseqパッケージ（バージョン1.34.0）により割り当てました。非細菌または未分類（真核生物、葉緑体、ミトコンドリアなど）と割り当てられた配列は削除された。次に、総リード数が3500以下の鳥の糞便サンプルを除外した。植物サンプルでは葉緑体由来の配列が多いため、細菌のリードカウントが1000を超える植物サンプルはすべて解析した。
カウントデータは累積和平方法（CSS48）で正規化した。微生物群集組成に対する鳥の起源（ナイーブ対ベテラン）および食餌（バナナまたはO.b.）の影響を調べるために、順列分散分析（PERMANOVA）テストを適用した。PERMANOVAは、Rパッケージ「vegan」（バージョン2.6-2）49のコマンド「adonis2」を用いて実施した。また、CSS正規化カウントから算出したBray-Curtis非類似度に基づいて、「vegan」で非メトリック多次元尺度法（NMDS）分析を行った。NMDSは、「vegan」のコマンド「metaMDS」を用い、パラメータk = 2, try = 1000で行われた。ASVと属の相対的な存在量は、CSSで正規化したカウントに基づいて計算した。差分存在量を計算し、鳥類の食性に関するバイオマーカーを特定するために、線形判別効果量（LEfSe）分析を選択しました。この方法は、どの特徴（この場合はASV）が、因子レベル間の観察された差異を説明する可能性が最も高いかを決定するのに有効である50。LEfSeは、オンラインGalaxyモジュール（http://huttenhower.sph.harvard.edu/galaxy）を用いて実施した。
経験豊富な鳥の糞からの培養可能な細菌の単離とその同定
飼育初日に、各経験者から500μLの糞を採取し、上記のように滅菌チューブに入れたが、エタノールは加えなかった。糞を直ちにルリアブロス（LB）寒天培地にプレーティングし、28℃で24〜48時間培養した。代表的なコロニーを形態学的に選択し、各単離株について純度を得るために5回再培養した。LBで一晩培養した各単離株の培養液を、DNA抽出とPCR、および生化学検査に使用した。ゲノムDNAは、DNA Fungal/Bacterial Microprep Kit (Zymo Research, USA)を用いて、製造者の指示に従い、培養物から精製した。ほぼ全長の16S rRNA遺伝子を、文献から改変したプライマー11F（5′-GGATCCAGACTTTGATYMTGGCTCAG-3′）および1512R（5′-GTGAAGCTTACGG（C／T）TAGCTTGTTACGACTT-3′）を用いてPCRにより増幅させた。 51. 熱サイクル条件は、94℃で4分間；94℃で30秒、54℃で40秒、72℃で70秒の30サイクル；そして72℃で20分間の最終段階であった。PCR産物はMCLAB（San Francisco, CA）によって配列決定され、配列は標準ヌクレオチド-ヌクレオチドBLASTツール（BLASTN；http://www.ncbi.nlm.nih.gov）を用いて、NCBIヌクレオチドデータベースで入手できるものと比較された。
分離菌の増殖に対するBITCの効果
BITC（0.1％v/v）を添加した液体LB培地または水（コントロールとして）3 mLを入れたチューブに、分光光度計（UV-1650PC、島津）を用いて1 cmキュベットで測定したO.D. 600nmが0.05となるように異なる細菌分離株（上記参照）を接種した。その後、28℃で24時間培養し、各培養物のO.D.600nmを測定し、水に対するBITC（0.1%）添加の増殖LB培地の相対比を算出しました。
BITC量に対する分離株Pa45の効果
LB 40 mL を入れた 100 mL 三角フラスコに BITC (0.1% v/v) を添加し、Pa45 を接種した（最終 O.D.600nm が 0.05 になるように添加した）。n-Hexane (Merck, 110-54-3) 10 mLを重層し、エルレンマイヤーをParafilmで密閉した。滅菌した培地をネガティブコントロールとして使用した。28℃で24時間、200rpmで振とうした後、液体を50mLチューブに移し、ボルテックスで1分間混合し、4000×gで5分間遠心分離し、相分離させた。次に、上層の有機相5 mLをガラス管に移し、窒素フロー下で100 µLに濃縮した。濃縮液を上記と同様にGC-MSで分析し、n-Hexaneに溶解したBITC（1、3、5μg/mL）に対して検量線に対するBITC定量を実施した。
O.baccatusの苗木の生育に及ぼすBITCの影響
BITCがO. baccatusの実生に及ぼす影響を評価するため、O. baccatusの種子を果実採取直後に手作業で分離し、文献と同様に発芽させた。 15. 浸漬液は、水、Pa45を接種した水、BITC（0.1% v/v）を添加した水、BITC（0.1%）を添加しPa45を接種した水とした。苗は2週間放置した。苗の扁平率および半径は、口径で測定した。
統計解析
統計解析は、SPSS統計ソフトウェアバージョン21.0（IBM、SPSS Inc.、シカゴ、イリノイ州、米国）を用いて行った。正規性はShapiro-Wilk検定を用いて調べ、データはp値<0.05で統計的に有意であるとみなした。消化効率に対する提供食品の影響、およびPa45の有無によるBITCの量について、2つの独立標本に対する両側t検定が適用された。鳥の消化管を通過する前後のO. baccatus果実のGSL量と、各酵素の生酵素活性については、一元配置分散分析とBonferroni多重比較検定が行われました。
データの入手方法
本研究で作成したアンプリコン配列の生データは、アクセッションコード PRJNA869874 で NCBI SRA データベースに寄託した。摂食実験、消化率、酵素活性、BenzylGSLおよびBITC定量、細菌属の存在量、OTU数、および苗の成長の生の結果は、「Supplementary Dataset」ファイルに記載されています。ソースデータは、本論文に添付されている。
参考文献
ハウ，H. E. & スモールウッド，J. 種子散布のエコロジー。Annu. Rev. Ecol. Syst. 13, 201-228 (1982).
論文 Google Scholar
Traveset, A., Heleno, R. & Nogales, M. The ecology of seed dispersal. In Seeds： The Ecology of Regeneration in Plant Communities 3rd edn (ed. Gallagher, R. S.) Ch. 3 (CABI International) https://doi.org/10.1079/9781780641836.0062 (2014).
van der Pijl, L. Principles of Dispersal in Higher Plants (Springer, Berlin) https://doi.org/10.1007/978-3-642-87925-8 (1982年).
Díaz Vélez, M. C., Sérsic, A. N., Traveset, A. & Paiaro, V. The role of frugivorous birds in fruit removal and seed germination of the invasive alien Cotoneaster franchetii in central Argentina. Austral. Ecol. 43, 558-566 (2018).
記事 グーグル スカラ
生態系サービスとしての種子散布：フルーギボアの減少による社会的価値のある植物、Capsicum frutescensの衰退. Ecol. Appl. 28, 655-667 (2018).
記事 PubMed PubMed Central Google Scholar
Shikang, S., Fuqin, W. & Yuehua, W. Does the passage of seeds through frugivore gut affect their storage: a case study on the endangered plant Euryodendron excelsum. Sci. Rep. 5, 1-8 (2015).
記事 グーグル スカラ
Pegman、A. P. M. K., Perry, G. L. W. & Clout, M. N. サイズに基づく鳥類食肉動物の果実選択と種子生存率への影響. N.Z. J. Bot. 55, 118-133 (2017).
記事 グーグル スカラ
Herrera, C. M. in Plant-Animal Interactions, An Evolutionary Approach (eds. Herrera, C. M. & Pellmyr, O.) Ch. 7 (Blackwell Science, 2002)脊椎動物による種子散布。
Schleuning,M.ほか. 熱帯の植物-被食動物ネットワークにおける専門化と相互作用の強さは、森林層によって異なる。Ecology 92, 26-36 (2011).
記事 PubMed Google Scholar
果肉入り果実の必須アミノ酸組成と鳥類の維持量との関係 J. Chem. Ecol. 24, 1333-1345 (1998).
論文CAS Google Scholar
Witmer, M. C. & Van Soest, P. J. 果物食鳥の対照的な消化戦略. Fun. Ecol. 12, 728-741 (1998).
論文 Google Scholar
Norconk, M. A., Grafton, B. W. & Conklin-Brittain, N. L. Neotropical seed predatorsによる種子散布。Am. J. Primatol. 45, 103-126 (1998).
記事CAS PubMed Google Scholar
Hulme, P. Seed-eaters: seed dispersal, destruction, and demography. in Seed Dispersal and Frugivory: Ecology, Evolution and Conservation (eds Levey, D., Silva, W. & Galetti, M.) Ch. 17 (CABI Publishing, 2002).
Janzen, D. H. 動物による種子の捕食. Annu. Rev. Ecol. Evol.Syst. 2, 465-492 (1971).
論文 Google Scholar
エンドゾーチョリーの生存競争：質素な鳥類植物相互主義における相反する利益。J. Ecol. 110, 526-539 (2022).
論文 Google Scholar
脊椎動物散布果実の二次代謝産物：適応的機能の証拠. Rev. Chil. Hist. Nat. 73, 421-440 (2000).
論文 Google Scholar
Whitehead, S. R. & Bowers, M. D. 脊椎動物の散布した果実に含まれる二次化合物の適応的意義の証拠. Am. Nat. 182, 563-577. https://doi.org/10.1086/673258 (2013).
Halkier, B. A. & Gershenzon, J. Biology and biochemistry of glucosinolates. Annu. Rev. Plant Biol. 57, 303-333 (2006).
記事CAS PubMed Google Scholar
Kliebenstein, D. J., Kroymann, J. & Mitchell-Olds, T. Glucosinolate-myrosinase system in an ecological and evolutionary context. Curr. Opin. Plant Biol. 8, 264-271 (2005).
記事CAS PubMed Google Scholar
動物栄養学におけるグルコシノレート：総説。Anim. Feed Sci. Technol. 132, 1-27 (2007).
記事CAS Google Scholar
Rask, L. et al. マイロシナーゼ：アブラナ科の遺伝子ファミリーの進化と草食動物による防御。Plant Mol. Biol. 42, 93-113 (2000).
記事CAS PubMed Google Scholar
ホプキンス、R.J.、ヴァン・ダム、N.M.、ヴァン・ルーン、J.J.昆虫と植物の関係および多栄養相互作用におけるグルコシノレートの役割。Annu. Rev. Entomol. 54, 57-83 (2009).
記事CAS PubMed Google Scholar
Samuni-Blank, M. et al. 砂漠植物におけるマスタードオイル爆弾による種内指向性抑止力. Curr. Biol. 22, 1218-1220 (2012).
論文CAS PubMed Google Scholar
Bronstein, J. L. et al. 砂漠の生態系における果実の多い植物とフルーギボア（Frugivores in desert ecosystems）. In Seed Dispersal： Theory and its Application in a Changing World (eds Dennis, A. J., Schupp, E. W., Green, R. J. & Westcott, D.W.) Ch. 7 (CABI International) https://doi.org/10.1079/9781845931650.0148 (2007).
Lotan、A. & Izhaki、I. 生態環境は果肉形質を形成しうるか？砂漠の低木Ochradenus baccatusのフィールドスタディ。J. Arid. Environ. 92, 34-41 (2013).
記事ADS Googleスカラー
Spiegel, O. & Nathan, R. 分散距離を分散媒の有効性の枠組みに組み込む：質素な鳥類はパッチ状の環境において植物に対して補完的な分散を提供する。Ecol. Lett. 10, 718-728 (2007).
記事 PubMed Google Scholar
Petri, L. et al. ベンジルイソチオシアネートによるシステイン特異的バイオコンジュゲーション. RSC Adv. 10, 14928-14936 (2020).
記事ADS CAS PubMed PubMed Central Google Scholar
Kohl, K. D. et al. Monoterpenes as inhibitors of digestive enzymes and counter-adaptations in a specialist avian herbivore. J. Comp. Physiol. B. 185, 425-434 (2015).
記事CAS PubMed Google Scholar
Peris, J. E., Rodriguez, A., Peña, L. & Fedriani, J. M. Fungal infestation boosts fruit aroma and fruit removal by mammals and birds. Sci. Rep. 7, 5646 (2017).
記事ADS PubMed Central Google Scholar
Gavini, F. et al. Enterobacter agglomerans (Beijerinck 1888) Ewing and Fife 1972 を Pantoea agglomerans comb. nov. として Pantoea gen. nov に移し、Pantoea dispersa sp. nov を記述した。J. Syst. Evol.Microbiol.誌 39, 337-345 (1989).
Google Scholar
Claus, S. P., Guillou, H. & Ellero-Simatos, S. 腸内細菌叢：環境汚染物質の毒性における主要なプレイヤーか？NPJ Biofilms Microbiomes. 2, 16003 (2016). (2016).
記事 PubMed PubMed Central Google Scholar
Jing, T. Z., Qi, F. H. & Wang, Z. Y. Most dominant roles of insect gut bacteria: digestion, detoxification, or essential nutrient provision? Microbiome 8, 38 (2020).
記事CAS PubMed PubMed Central Google Scholar
Kohl, K. D., Weiss, R. B., Cox, J., Dale, C. & Dearing, M. D. 哺乳類草食動物の腸内細菌は植物毒素の摂取を促進する。Ecol. Lett. 17, 1238-1246 (2014).
記事 PubMed Google Scholar
サンコウチョウの腸内細菌が花の蜜の毒性アルカロイドを分解することを示す直接的証拠。Front. Microbiol. 12, 639808 (2021).
記事 PubMed PubMed Central Google Scholar
Hanschen, F. S., Yim, B., Winkelmann, T., Smalla, K. & Schreiner, M. Biofumigant isothiocyanates and allyl glucosinolate in soilの分解と微生物群集構成への影響. PLoS One. 10, 1-18 (2015).
記事CAS Googleスカラー
Kellingray, L. et al. Brassica野菜を多く含む食事の摂取は、硫酸還元菌の減少に関連する：無作為化クロスオーバー試験。Mol. Nutr. Food Res. 61, 1600992 (2017).
記事 PubMed PubMed Central Google Scholar
Aires, A., Mota, V. R., Saavedra, M. J., Rosa, E. A. S. & Bennett, R. N. The antimicrobial effects of glucosinolates and their respective enzymatic hydrolys products on bacteria isolated from human intestinal tract. Appl. Microbiol. 106, 2086-2095 (2009).
論文CAS Google Scholar
Szűcs, Z. et al. ワサビ（Armoracia rusticana）の根からの内生菌と、グルコシノレート-ミロシナーゼ-イソチオシアネート系の防御代謝物との相互作用. BMC Plant Biol. 18, 85. https://doi.org/10.1186/s12870-018-1295-4 (2018).
Sellam, A., Dongo, A., Guillemette, T., Hudhomme, P. & Simoneau, P. 壊死性菌Alternaria brassicicolaにおけるアブラナ科防御代謝物アマレキシンとアリルイソチオシアネートにさらされた際の転写応答。Mol. Plant Pathol. 8, 195-208 (2007).
論文 CAS PubMed Google Scholar
Shukla, S. P. & Beran, F. 腸内細菌がノミムシ害虫の有毒なイソチオシアネートを分解する。Mol. Ecol. 29, 4692-4705 (2020).
記事CAS PubMed Google Scholar
ミラー，A.G.オクラデヌスの改訂版。ノートRoy. Bot. Gard. Edinb. 41, 491-504 (1984).
Google Scholar
Denslow, J. S., Levey, D. J., Moermond, T. C. & Bernard, C. A synthetic diet for 631 fruit-eating birds. ウィルソンブル。99, 131-135 (1987).
Google Scholar
Laska,M.3種のPhyllostomidコウモリにおける食物通過時間と炭水化物の使用。Z. Säugetierkd 55, 49-54 (1990).
Google Scholar
Shirihai, H. The Birds of Israel (Academic Press, UK, 1996).
Trabelcy, B. et al. 砂漠植物Ochradenus baccatus (Brassicales: Resedaceae)のグルコシノレートに関する研究。新しいアラビノシル化グルコシノレートであるglucoochradeninを明らかにする。Phytochem 187, 112760 (2021).
記事CAS Googleスカラー
Gunasekaran, M., Lalzar, M., Sharaby, Y., Izhaki, I. & Halpern, M. The effect of toxic pyridine-alkaloid secondary metabolites on the sunbird gut microbiome. NPJ Biofilms Microbiomes. 6, 53 (2020).
記事CAS PubMed PubMed Central Google Scholar
Callahan, B. J. et al. DADA2：イルミナのアンプリコンデータからの高解像度サンプル推論。Nat. Methods 13, 581-583 (2016).
記事CAS PubMed PubMed Central Google Scholar
Segata, N. et al. メタゲノミックバイオマーカーの発見と解説. Genome Biol. 12, R60 (2011).
論文 PubMed PubMed Central Google Scholar
シンプソン、G.L.ら。Vegan community ecology package version 2.6-2 (2022).
Paulson, J. N., Stine, O. C., Bravo, H. C. & Pop, M. Differential abundance analysis for microbial marker-gene surveys. Nat. Methods 10, 1200-1202 (2013).
記事CAS PubMed PubMed Central Google Scholar
Felske、A., Rheims、H., Wolterink、A., Stackebrandt、E. & Akkermans、A. D. リボソーム解析により、草原土壌における未培養アクチノバクテリアクラスの顕著な活性が明らかになった。微生物学 143, 2983-2989 (1997).
論文CAS PubMed Google Scholar
リファレンスのダウンロード
謝辞
イスラエル科学財団（ISF grant No.296/16 to I.I.）および中東地域協力プログラム（project TA-MOU-08-M28-013 to Y.G. and I.I.）からの寛大な資金提供に感謝します。また、鳥の捕獲を手伝ってくれたR. Haran、動物のメンテナンスに協力してくれたオラニム大学動物舎スタッフのN. Dainovに感謝します。
著者情報
著者と所属
ハイファ大学自然科学部進化・環境生物学科（イスラエル、ハイファ、3498838番地
ベニー・トラベルシー、ニムロッド・シュテインデル、イド・イズハキ＆ヨラム・ゲルチマン
ハイファ大学バイオインフォマティックユニット（イスラエル・ハイファ
マヤ・ラルザール
オラニムカレッジ、キルヤットティボン、3600600、イスラエル
ヨーラム・ゲルチマン
貢献度
概念化： 方法論：B.T.、I.I.、Y.G.： 調査：B.T.、I.I.、Y.G.、形式分析：B.T.、Y.G.： B.T.、形式的分析： 形式分析：B.T.、M.L.、I.I. 執筆・原案作成：M.L： B.T.、M.L.、N.S.、I.I.、Y.G. 資金獲得： I.I.およびY.G.監修： I.I.およびY.G.。
対応する著者
Beny TrabelcyまたはYoram Gerchmanに通信してください。
倫理に関する宣言
競合する利益
著者は、競合する利害関係を宣言していない。
査読
ピアレビュー情報
Nature Communicationsは、Jennifer Sorensen Forbey、Ádám Lovas-Kiss、およびその他の匿名の査読者の方々に感謝します。査読者の報告書はこちらです。
追加情報
出版社からのコメント Springer Natureは、出版された地図や所属機関の管轄権の主張に関して、中立的な立場を保っています。
補足情報
ピアレビューファイル
ソースデータ
ソースデータ
権利と権限
オープンアクセス この記事は、クリエイティブ・コモンズ表示4.0国際ライセンスの下でライセンスされており、原著者と出典に適切なクレジットを与え、クリエイティブ・コモンズのライセンスへのリンクを提供し、変更を加えたかどうかを示す限り、あらゆる媒体や形式での使用、共有、適応、配布、複製を許可します。この記事に掲載されている画像やその他の第三者の素材は、素材へのクレジット表示で別段の指示がない限り、記事のクリエイティブ・コモンズ・ライセンスに含まれています。素材が記事のクリエイティブ・コモンズ・ライセンスに含まれておらず、あなたの意図する使用が法的規制によって許可されていない場合、または許可された使用を超える場合、あなたは著作権者から直接許可を得る必要があります。このライセンスのコピーを見るには、http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/。
転載と許可
この記事について
この記事を引用する
Trabelcy, B., Shteindel, N., Lalzar, M. et al. 植物防御二次代謝物の細菌による解毒が、低木と質素な鳥との相互作用を媒介する. Nat Commun 14, 1821 (2023). https://doi.org/10.1038/s41467-023-37525-6
引用元：ダウンロード
2022年9月09日受領
2023年3月14日受理
2023年3月31日発行
DOIhttps://doi.org/10.1038/s41467-023-37525-6
この記事を共有する
以下のリンクを共有した人は、このコンテンツを読むことができるようになります：
共有リンクを取得する
コンテンツ共有イニシアティブ「Springer Nature SharedIt」により提供されます。
対象者
ケミカルエコロジー
エコロジカルネットワーク
微生物生態学
植物の進化
コメント
コメントを投稿することで、私たちの規約とコミュニティガイドラインに従うことに同意したことになります。もし、罵詈雑言や規約・ガイドラインに沿わないものがあれば、不適切なものとしてフラグを立ててください。
ネイチャーコミュニケーションズ（Nat Commun） ISSN 2041-1723(オンライン)
ネイチャーズドットコムサイトマップ
ネイチャーポートフォリオについて
私たちについて
プレスリリース
報道関係者
お問い合わせ
ディスカバーコンテンツ
ジャーナルA-Z
テーマ別記事
ナノ
プロトコル交換
ネイチャーインデックス
パブリッシングポリシー
ネイチャー・ポートフォリオ・ポリシー
オープンアクセス
著者・研究者向けサービス
転載・許可
研究データ
言語編集
科学編集
ネイチャーマスタークラス
ネイチャーリサーチアカデミー
リサーチソリューション
図書館・施設
ライブラリアンサービス＆ツール
図書館員用ポータルサイト
オープンリサーチ
図書館に推薦する
広告・パートナーシップ
広告
パートナーシップとサービス
メディアキット
ブランデッドコンテンツ
キャリア開発
ネイチャーキャリア
ネイチャーコンファレンス
ネイチャーイベント
地域別ウェブサイト
ネイチャーアフリカ
ネイチャーチャイナ
ネイチャーインディア
自然 イタリア
ネイチャージャパン
ネイチャーコリア
自然 中東
個人情報保護方針

クッキー（Cookie）の使用

Cookieを管理する/私のデータを販売しない
法的注意事項

アクセシビリティ宣言

ご利用条件

カリフォルニア州プライバシーステートメント
© 2023 Springer Nature Limited