Interspecies chemical communication in social regulation of a gall-forming social aphid
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22K05671
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 39050:Insect science-related
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| Research Institution | Keio University |
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Principal Investigator |
柴尾 晴信 慶應義塾大学, 自然科学研究教育センター(日吉), 訪問研究員 (90401207)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
松山 茂 筑波大学, 生命環境系, 講師 (30239131)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2024: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,950,000 (Direct Cost: ¥1,500,000、Indirect Cost: ¥450,000)
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| Keywords | 社会性アブラムシ / 植物ゴール / ホメオスタシス / 階級分化 / 季節多型 |
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| Outline of Research at the Start |
社会性昆虫は巣を建築し、外部環境が変化しても巣内の状態を一定に保つホメオスタシスのしくみを進化させている。これには同種個体間で作用するフェロモンの役割が重要だが、異種個体間で作用するアレロケミカルの役割は不明である。社会性種であるハクウンボクハナフシアブラムシは、植物上にゴールを誘導して安定した巣内環境を実現している。本研究では、巣内ホメオスタシス調節におけるアブラムシと植物の役割分析、ホメオスタシスの維持・破綻機構に関わる環境要因の特定、植物との異種間コミュニケーションに関係する情報伝達物質の探索をおこない、本種のホメオスタシスを基軸とした表現型多型（階級/モルフ分化）の制御機構を解明する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度は、ハクウンボクハナフシアブラムシのゴールにおいて、安定した巣内環境が実現される仕組みを理解するために、ゴール自身の環境調節機能に焦点を当て、特にゴールの蒸散作用による温度調節の有無について明らかにした。6月から9月にかけて野外で外気温およびゴール・宿主植物の葉の表面温度を測定した。その結果、ゴールは葉と同様に表面温度が外気温よりも2-5℃程度低く、ゴールには蒸散による気化熱で温度を下げる機能があることがわかった。そこで、ゴールまたは葉が付いた枝を切り取って実験室に持ち帰り、色水で満たした細いシリコンチューブ（直径1mm）に繋いだ状態で、一定時間内のチューブ内の液量の減少を観察することにより、ゴールと葉の蒸散量の測定を試みた。ゴール・葉とも、まず無処理の状態で蒸散量を測定した。次に、葉については表側または裏側の気孔をワセリンで塞いで蒸散量を測定した後、表側と裏側の気孔をともに塞いで蒸散量を測定した。ゴールについては先に下面に開いた小孔を全て塞いで蒸散量を測定してから、上半部または下半部の気孔を塞いで蒸散量を測定し、その後に上半部および下半部の気孔をともに塞いで蒸散量を測定した。最後に、ゴール・葉を取り除いて枝のみの蒸散量を測定した。処理間の蒸散量の差から、ゴールの上半部と下半部からの蒸散量や葉の表側と裏側からの蒸散量を求めた。画像計測ソフトでゴール・葉の表面積を算出し、単位面積当たりの1分間の蒸散量を算出した。その結果、ゴールの蒸散量は葉よりも多いこと、葉では表側よりも裏側の方が蒸散量が多いが、ゴールでは上半部も下半部も蒸散量は大差ないことがわかった。また、ゴール下面に開いた小孔を全て塞いで、小孔を通じた巣内外のガス交換を阻害したところ、ゴール全体の蒸散量が増大することもわかった。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本研究では、本種のゴール1個や宿主植物の葉1枚でもリアルタイムに蒸散の様子が観察でき、興味の対象としている部位の蒸散量を正確に測定できる実験系の構築に成功した。本研究の重要な進展は、植物組織であるアブラムシのゴールが、蒸散による気化熱で巣の温度を下げる機能を有することを実験的に確かめることができたことであり、ゴールが適応的な構造物である強い証拠を得ることができた。本種のゴールは複雑なサンゴ状の巣に成長し、ゴール上部に開口部がなく、ガス交換が起こりにくい構造になっている。興味深いことに、今回の実験において、ゴール下面に開いた小孔を全て塞ぐことにより、小孔を通じた巣内外のガス交換を阻害したところ、ゴール全体の蒸散量の増大が観察された。このことは、気孔が、ゴールの外表面だけでなく、内表面にも存在しており、ゴール内と大気との間で二酸化炭素・酸素のガス交換の役割を果たしている可能性を示唆している。
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| Strategy for Future Research Activity |
今回は本種のゴールが蒸散作用による気化熱で巣の温度を調節している証拠を示すことができた。しかし実際には外気温とゴールの外表面温度しか測定していないため、今後はゴール内部の温度を測定・確認する必要がある。また、ゴールの蒸散作用による巣内温度の調節が、気温や湿度、時間、アブラムシ密度などの環境要因とどのような関係があるのかを明らかにする。
本種のゴールが巣内環境を調節する仕組みを理解するためには、蒸散作用による温度調節以外の役割についても知る必要がある。本種のゴールは複雑な巣構造を持っているため、ゴール下面に開いた小孔だけでは二酸化炭素・酸素のガス交換は不十分であると考えられる。ゴールにおける気孔の数や分布、開閉の有無を調べ、気孔がゴールのガス交換の起こりにくい部分に集中して分布していることや、ゴールの外表面だけでなく、内表面にも存在し機能していることを確認することで、気孔がゴール内と大気との間でガス交換の役割を果たしていることを明らかにする。
ゴール内の安定した巣環境でアブラムシが季節の到来を予知して定住型から分散型のモルフの生産に切り替えるメカニズムについて明らかにする。季節の進行に伴うゴール内の光強度や温度、ガス濃度、アブラムシ個体数密度などの微変動を定量化する。近接リモートセンシング手法により、季節変動に伴う野外ゴールの生理状態や環境調節能力の変化をモニタしながら、実験室で巣環境の微変動を再現してアブラムシの表現型（兵隊階級/無翅モルフ/有翅モルフ）の切り替えが起こるかを観察する。
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Report
(1 results)
Research Products
(2 results)
