植物耐虫物質の天然増強剤および増強されて機能する新規耐虫物質の探索・解明・利用
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19K22321
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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Medium-sized Section 39:Agricultural and environmental biology and related fields
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| Research Institution | National Agriculture and Food Research Organization |
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Principal Investigator |
今野 浩太郎 国立研究開発法人農業・食品産業技術総合研究機構, 生物機能利用研究部門, 上級研究員 (00355744)
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| Project Period (FY) |
2019-06-28 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥6,370,000 (Direct Cost: ¥4,900,000、Indirect Cost: ¥1,470,000)
Fiscal Year 2021: ¥2,340,000 (Direct Cost: ¥1,800,000、Indirect Cost: ¥540,000)
Fiscal Year 2020: ¥2,340,000 (Direct Cost: ¥1,800,000、Indirect Cost: ¥540,000)
Fiscal Year 2019: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000)
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| Keywords | シュウ酸カルシウム針状結晶 / 植物耐虫性物質増強効果 / キチナーゼ / サトイモ科植物 / 摂食拒否効果 / 痛み物質 / 相乗効果 / 増強効果 / 活性増強効果 / 針効果 / 相乗的耐虫効果 / Family18キチナーゼ / Family19キチナーゼ / Trichoderma viride / ポトス / 昆虫摂食拒否行動誘起物質 / セロトニン / 神経伝達物質 / シュウシュウ酸カルシウム針状結晶 / 昆虫摂食拒否行動 / 痛み / システインプロテアーゼ / 親水親油性 / 表面物質 / raphide / 耐虫性物質増効果 / 摂食拒否行動誘起物質 / 神経伝達物質・痛み物質 / 植物耐虫性物質 / 耐虫性増強物質 / バリア―通過 / ターゲット到達 |
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| Outline of Research at the Start |
本課題では植物耐虫物質の昆虫体内・組織内・細胞内のターゲット分子への到達を容易にすることで耐虫物質の働きを顕著に増強する物質を探索し、その構造と増強メカニズム・効果を解明する。さらに、新規増強物質を用いて、植物の天然耐虫性物質、人工的な農薬、昆虫の遺伝子発現を抑制するRNAiなどを、ターゲット分子が存在する害虫組織・細胞内に到達させ強力に機能させ害虫を制御する方法を開発する。組織・細胞浸透透過性が低い親水性低分子、ペプチド、タンパク質、酵素、核酸、は耐虫性増強剤の存在下で耐虫効果を持つ可能性が高く、このような新規耐虫性物質の探索・同定・害虫制御剤としての利用法開発も行う。
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| Outline of Annual Research Achievements |
これまでに、ヤマノイモおよびStreptomyces griseusのキチナーゼ（共にFamily19という植物に存在するキチナーゼである）とシュウ酸カルシウム針状結晶が共存すると相乗的致死効果を発見していたが、昨年度動物に普遍的に見られるFamily18のキチナーゼ（Trichoderma viride由来）も針状結晶の存在下で昆虫毒性を示すデータを得た。そこで本年度Family18キチナーゼとシュウ酸カルシウム針状結晶の相乗効果（相乗的致死効果）の存在を詳細に調べた。T. viride（Family19キチナーゼ1%溶液）(1量と定義)をシュウ酸カルシウム針状結晶1量をヒマの葉に塗布してチョウ目幼虫に摂食っせた場合（キチナーゼ：針1量ずつ）1日後に80%の致死率を示したのに対しキチナーゼ2量のみでは20%の致死率針2量では0%の致死率であった。またキチナーゼ2量針1量を塗布摂食させた場合は90%致死であったのに対し針4量で40%致死、針1量で0%致死であった。いずれの結果からもFamily18キチナーゼと針状結晶の間に顕著な相乗効果が定量的に確認できた。
サトイモ科植物（ポトス）の針状結晶が関わる摂食拒否行動誘起効果は、ポトスの葉をヘプタン等有機溶媒中で粉砕時に有機溶媒中に懸濁してくる針状結晶は葉に塗布しチョウ目幼虫に与えることで摂食拒否効果を検出できる。そこで、葉組織中で針との共存物質を抽出するため針を大量に含む異形細胞の選択的回収を試みたが異形細胞は葉肉細胞中に埋没しており分離が困難性が判明した。一方、有機溶媒中に懸濁している針を多量に集め有機溶媒を蒸発させ表面付着痛み物質を水系溶媒で溶出し構造決定を行うことも試みたが、有機溶媒に懸濁する針状結晶を乾燥させると針が容器物質に固着し有機系溶媒でも水系溶媒でも溶出不可能なことが判明し実験上の問題点が明らかになった。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
キチナーゼとシュウ酸カルシウム針状結晶の相乗的耐虫効果（昆虫致死活性）に関してはこの現象が植物キチナーゼが所属するFamily19キチナーゼだけでなく動物に一般的で広く生物界に存在するFamily18キチナーゼも含めて一般的に成り立つことを定量的に示すことが出来た点では十分な進歩があったといえる。この意味では順調な進歩があったと言えるが論文化がやや遅れている。サトイモ科におけるシュウ酸カルシウム針状結晶と何らかの物質の相乗作用による顕著な昆虫に対する摂食阻害活性（防御活性）については現象の存在は十分に示すことが出来顕著な進展があったといえるが、シュウ酸カルシウムと共存して顕著な摂食拒否活性を起こす物質の解明に関しては、少し滞っていることを認めざるを得ない。これはシュウ酸カルシウムが微細であり扱いが難しいことに原因があると思われる。有機溶媒中でサトイモ科の組織を粉砕することで有機溶媒中に摂食阻害活性を保ったままで懸濁したシュウ酸カルシウムとして回収することが可能であることが分かっているが、一度乾燥させると試験管などの容器壁面に付着したままになり有機溶媒にも水にも再懸濁しなくなりその後の分析に困難が生じたがこの問題が解決できないままであるため、シュウ酸カルシウム針状結晶表面に存在する摂食拒否活性物質の精製作業が滞ってしまっている。また、シュウ酸カルシウム針状結晶がサトイモ科植物葉中で集中して存在している異形細胞の分離も異形細胞が葉肉細胞に埋もれて存在しているためうまく行っていない。以上のようにサトイモ科植物のシュウ酸カルシウム針状結晶の表面に存在している摂食拒否物質の同定には至っていない。この点で研究の進展にはいくらかの遅れがあった。
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| Strategy for Future Research Activity |
サトイモ科の植物（ポトス）のシュウ酸カルシウム針状結晶と共存して昆虫に摂食拒否行動を起こす物質に関しては、有機溶媒中に本来親水性であるはずのシュウ酸カルシウム針状結晶が懸濁するという不可解な事実から針状結晶表面に何らかの疎水性物質が存在している可能性があり、これが懸濁液を乾燥したときに針状結晶を容器表面に固着させ以後の針状結晶とその表面に存在すると思われる摂食拒否行動誘起物質の回収を困難にしているものと思われる。今後はこれらの点の確認をした上で活性を保ったままで針状結晶を処理する方法を確立し表面に存在する物質の同定を試みる方針である。シュウ酸カルシウム針状を含む異形細胞の分離もプロトプラスト作成の方法を参考にして試みたい。
シュウ酸カルシウム針状結晶とキチナーゼの相乗効果に関してはデータが揃ってきているので論文化を行いたい。
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Report
(5 results)
Research Products
(3 results)
