Research for developing novel insect growth regulators to avoid insecticide resistance and non-target organism toxicity
| Project/Area Number |
23K23624
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| Project/Area Number (Other) |
22H02359 (2022-2023)
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Allocation Type | Multi-year Fund (2024)
Single-year Grants (2022-2023) |
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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 | Shimane University |
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Principal Investigator |
塩月 孝博 島根大学, 学術研究院農生命科学系, 教授 (80355734)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
鈴木 倫太郎 国立研究開発法人農業・食品産業技術総合研究機構, 高度分析研究センター, 上級研究員 (00399429)
土屋 渉 国立研究開発法人農業・食品産業技術総合研究機構, 高度分析研究センター, 主任研究員 (70844744)
菊田 真吾 茨城大学, 農学部, 准教授 (90718686)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2024)
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| Budget Amount *help |
¥17,420,000 (Direct Cost: ¥13,400,000、Indirect Cost: ¥4,020,000)
Fiscal Year 2024: ¥5,070,000 (Direct Cost: ¥3,900,000、Indirect Cost: ¥1,170,000)
Fiscal Year 2023: ¥5,590,000 (Direct Cost: ¥4,300,000、Indirect Cost: ¥1,290,000)
Fiscal Year 2022: ¥6,760,000 (Direct Cost: ¥5,200,000、Indirect Cost: ¥1,560,000)
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| Keywords | 昆虫成長制御剤 / 選択的害虫防除 / 昆虫ホルモン |
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| Outline of Research at the Start |
害虫防除においては抵抗性発現への対策が重要課題であり、それに対抗するためには新規制御剤を開発する必要がある。また近年は、人畜のみならず環境生物や有益昆虫に対しても影響の少ない害虫防除技術が求められており、高選択性をもつ制御剤の創製が急務で、その有力候補の一つが昆虫成長制御剤（IGR）である。そこで本研究では、新規IGRの合成、投与時期や方法で異なる生物活性発現パターンの精査、化合物投与がホルモン濃度や関連遺伝子の発現に与える影響の解明、標的候補生体分子との相互作用と結合様式の解析を行うことで、作用機構に基づいた迅速かつ生合理的な分子設計を進めるための知見を得る。
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| Outline of Annual Research Achievements |
島根大学と茨城大学では、カイコに対し2-メチルベンゾイミダゾール（MBMI）の1位に2-クロロベンジル基を持つ誘導体が高い成長阻害活性を示し、3-クロロベンジル誘導体はほとんど活性を持たず、4-クロロベンジル誘導体は成長阻害活性を示さないかわりに早期致死活性が高いことを発見した。このように構造がよく類似した類縁体で活性が全く異なったことから、複数の作用点が存在し、それぞれの標的分子との相互作用・親和性に違いがあることが示唆された。さらに、2-クロロベンジル体と3-クロロベンジル体を同時に投与すると、2-クロロベンジル体の活性が弱められることが分かった。これは標的分子の結合部位で競合するというより体内の移行に関与するキャリアタンパク質上で競合することで2-クロロベンジル体が標的分子への到達するのを阻害した結果ではないかと考察された。
島根大学において、新規に1-ベンジル基上に異なる置換基を持つ誘導体を合成したところ、2および4位の電子供与性の置換基を持つものに高い生物活性が認められた。また4位の置換基では、アルキル基では早期致死、アルキルオキシ基では成長阻害を示すことが明らかとなった。農研機構と島根大学で、標的分子候補の幼若ホルモン（JH）結合タンパク質（JHBP）に2つの蛍光発色団を付加したJHセンサーを用いたFRET活性により合成した化合物の親和性を評価したところ、複数の化合物が本来のリガンドである幼若ホルモンより高いFRET活性を示した。
JHBPは、JHと結合した複合体のX線結晶構造解析によりエポキシ基の酸素がチロシン128と水素結合することが知られており、農研機構において1-(4-プロピルオキシベンジル)BMBIを結合させた複合体のX線結晶構造解析を行ったところ、プロピルオキシ基の酸素がチロシン128と水素結合していることが分かった。
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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
2-メチルベンゾイミダゾール（BMBI）誘導体については、1-ベンジル基上に置換基を持つもの22種を合成し、構造を確認した。生物活性評価については、主にカイコで塗布投与で試験し、一部でハスモンヨトウに対する試験も行った。餌に混ぜる経口投与は条件を検討中である。またミツバチへの影響試験についても予備実験を進めることができた。LC-MSによる幼若ホルモン（JH）濃度測定では条件設定が整ったので、これから体液の分析に取りかかるところであるが、機器の度重なる故障により、分析がやや遅れている。
JHとエクダイソン（Ecd）のそれぞれの初期遺伝子であるKr-h1とbroadのPCRによる検出を確認したので、化合物投与した個体からRNA抽出とcDNA合成を進めており、各初期応答遺伝子の発現変動の解析を行う準備が整った。RNA-seqを行うために、化合物の投与とRNA抽出時期の検討を進めている。
一方、成長阻害を持つBMBIのうち、1-(4-プロピルオキシベンジル)誘導体についてX線結晶構造解析を行い、その結合様式が明らかとなった。1-(4-プロピルオキシベンジル)誘導体は幼若ホルモンとは全く異なる化学構造を持つが、JHBPタンパク質の内側にある結合ポケット内でJHとほぼ重なる位置を占め、さらにJHと同様にプロピルオキシ基の酸素がチロシン128との水素結合をしていることがわかった。
以上のように、概ね予定通りに進捗している。
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| Strategy for Future Research Activity |
新規に合成したBMBIについて、カイコとハスモンヨトウに対する生物活性評価を行い、これまでに合成したものと合わせて、投与時期や薬量を変えることによって作用機構の推定のために生物活性の表現型を精査する。2-メチルベンゾイミダゾール（BMBI）誘導体では、これまで固定していた1位のベンジル基をそれ以外のアルキル基やヘテロ環を持つ誘導体、および2位にメチル基を持たないベンゾイミダゾールの1-ベンジル誘導体を合成し、生物活性の上昇を図る。一方、ミツバチに対する影響評価については、実用面から考えて、巣外で活動する成虫を用いた評価法を検討する。
分析がやや遅れているLC-MSによる化合物を投与した個体の体液中の幼若ホルモン（JH）とエクダイソン（Ecd）の濃度測定については、早急に分析を進める。またJHとEcdの各初期応答遺伝子のPCRの分析とRNA-seq解析のための条件設定実験を急ぐ。
標的候補分子のJH結合タンパク質（JHBP）との相互作用については、いくつか異なるBMBIとの結合様式をX線結晶構造解析を行うと共に、ドッキングシミュレーションを進める。
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Report
(1 results)
Research Products
(1 results)
