2018 Fiscal Year Annual Research Report
RNAi-based pesticides against the hard-to-control spider mite, Tetranychus urticae
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18H02203
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| Research Institution | Tokyo University of Agriculture and Technology |
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Principal Investigator |
鈴木 丈詞 東京農工大学, (連合)農学研究科(研究院), 特任准教授 (60708311)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
レンゴロ ウレット 東京農工大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (10304403)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | RNAi / ハダニ / ナノ粒子 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的は，RNAiの誘導因子である二本鎖RNA（dsRNA）をハダニに経口投与し，遺伝子発現抑制によって殺虫するRNA農薬の開発である．このRNA農薬の開発に向け，1）dsRNAの経口投与のための摂食メカニズムの解明，2）dsRNAに頑健性を付与する担体の開発および 3）標的分子（必須遺伝子）の解明に取り組む．
2018年度は，1）dsRNAの経口投与のための摂食メカニズムの解明に焦点を当て，ナミハダニ（Tetranychus urticae）の消化器系を調査した．本種の消化器系は，前腸，中腸および後腸から構成される．このうち前腸および後腸は外胚葉由来で，いずれの上皮にもクチクラ層がある．一方，中腸は内胚葉由来で，その上皮にはクチクラ層はない．なお，中腸は前部と後部から構成される．中腸前部は単一の主部と，その両側に位置する一対の盲嚢から構成され，その内腔には，盲嚢の上皮細胞を離脱し，浮遊している細胞（消化細胞）がある．消化細胞は，食作用により食物を取り込み，消化する．その後，中腸後部に輸送され，最終的に糞として排出される．そのため，消化器系の要である消化細胞は，RNA農薬の標的として有望である．
他方，高分子を材料とする粒子は，近年，食細胞の食作用の研究材料や，薬物輸送系の担体として用いられている．しかし，ナミハダニに粒子を経口投与した報告は見あたらず，消化細胞内への輸送が可能な粒子のサイズは不明である．そこで，直径が異なるポリスチレン製の蛍光粒子を経口投与し，消化細胞内に輸送可能な粒子のサイズの選定を試みた．その結果，直径が500～750 nm以下の蛍光粒子を経口投与した個体の消化細胞から蛍光シグナルが確認された．今後は，このサイズを基準に，かつdsRNAを保護する機能を付帯させたナノ粒子／カプセルを作製し，消化細胞を標的とした安定的なRNA農薬の開発を目指す．
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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
ポリスチレン製の蛍光粒子の経口投与試験により，ナミハダニの消化細胞内に輸送可能な粒子サイズの閾値（500～750 nm）が判明した．このサイズは，口針の内径（約1 um）に近い．口針は，1対ある鋏角の可動指であり，鞭のように細長く，樋状構造である．摂食時に，この1対の口針は，互いの樋状構造間で融合し，1本の中空針を形成する．この中空針を，葉の表皮細胞間や気孔から葉肉細胞内に刺入し，葉肉細胞内に唾液を注入する．
本研究により，口針には，唾液注入機能だけでなく，食物（葉肉細胞の内容物）の経路としての機能もある可能性が示唆された．なお，食物の経路としての口針の機能は，長きにわたり論争中であり，従来，この検証は，解剖学的アプローチに限定されてきた．本研究は，ナノ粒子を用いて初めてこれを検証し，その成果を学術論文（Bensoussan et al. 2018, Frontiers in Plant Science 9, 1206）として発表した．
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| Strategy for Future Research Activity |
ハダニの消化細胞は，消化，吸収および休眠時の貯蔵など，その生存に重要な生理機能をもつ．さらに，ナミハダニを対象とした本研究により，その消化細胞は，ポリスチレン製のナノ粒子でも取り込むことも判明した．これは消化細胞の非選択的な食作用を示唆する．そのため，dsRNAの経口投与によってRNAiを誘導し，ハダニを防除するRNA農薬において，消化細胞は極めて有望な標的のひとつである．
これまでの研究により，消化細胞内で機能が示唆されている液胞型プロトンATPase（V-ATPase）を標的にしたdsRNAをナミハダニに経口投与し，RNAiを誘導したところ，食物を取り込み黒化した消化細胞が中腸全体に蓄積され，最終的に死に至ることも判明している（Suzuki et al. 2017, PLoS ONE 12, e0180654）．
今後は，消化細胞内の液性や発現遺伝子を調査し，そこで機能する消化酵素等の解明から，V-ATPase以外に，RNAiの標的となる必須遺伝子の特定を試みる．他方，dsRNAの頑健性付帯を目的とし，特に紫外線損傷を軽減させる材料（酸化亜鉛など）を用いたRNAナノ粒子／カプセルの作製も試みる．
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[Presentation] ナミハダニの消化器系2018
Author(s)
鈴木丈詞, Nicolas Bensoussan, Vladimir Zhurov, 山川颯太, Caroline H O’Neil, Miodrag Grbic, Vojislava Grbic
Organizer
第27回日本ダニ学会大会
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