2018 Fiscal Year Annual Research Report
植食性昆虫における植物加工行動の適応的意義と種多様性に及ぼす影響
| Project/Area Number |
18J40212
|
|---|
| Research Institution | Tohoku University |
|---|
Principal Investigator |
小林 知里 東北大学, 生命科学研究科, 特別研究員(RPD)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2018-04-25 – 2021-03-31
|
| Keywords | Herbivore offense / 植物の被食防衛 / 植物の誘導防御 / カタビロハムシ / マルバアオダモ / 植物加工行動 |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
ハムシ上科カタビロハムシが、若枝の新葉を全て切り落として産卵するという植物加工行動について、行動の適応的意義を調べるため、宮城県内の山林をフィールドとして野外操作実験を行った。
実験には、以下の４処理を用意した。まず、野外でハムシが産卵した若枝から卵を採取し、（１）採取した卵を、ハムシが葉を切り落とした元の若枝に戻す処理、（２）採取した卵を、人為的に葉を切り落とした若枝へ挿入する処理、（３）採取した卵を葉がついたままの若枝に挿入する処理、そして（４）コントロールとして何も操作を加えずハムシが葉を切り落とし産卵したままの処理、である。操作の約１ヶ月後に採集して実験室顕微鏡下で茎内を解体・観察し、卵や幼虫が生存もしくは死亡しているかどうかを確認した。死亡の場合には可能な限り死亡要因の特定を行った。卵と幼虫の生存・死亡状況を４処理間で比較することにより、ハムシの葉を切り落とす植物加工がどのような適応的意義を持つのかが明らかになることを期待した。
その結果、葉をつけたままの処理（３）において、有意に死亡率が高く、幼虫後期まで生存できた個体は０％であることが分かった。特に卵期と幼虫中期での死亡が顕著に多く、葉がついたままの茎内の卵は植物の傷口に対する防衛反応としての茎肥厚により、押しつぶされて死亡する可能性が高いこと、さらに葉がついたままの茎内を幼虫が摂食すると、途中で摂食障害などにより死亡する可能性が高いことが示唆された。これらのことから、茎内部を摂食する場合でも、植食性昆虫にとって葉が重要な影響を与えることが明らかになった。さらに、このことは、植物の防衛システムとして、茎での異常を感知してその信号が葉に伝わり、葉で何らかの物質が作られてそれがまた茎に戻って作用する、という仕組みが存在することを示唆しており、植物と植食者のせめぎあいの進化を考える上でも重要な知見と言える。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
植物を加工して産卵するハムシ上科の１種・カタビロハムシを対象として、野外実験により本種の植物加工行動の適応的意義を明らかにするための重要な示唆を得ることができた。30年度における野外実験での成果は、植食性昆虫が植物の防衛を克服するために植物加工を進化させたことを支持する結果であり、特に卵期と幼虫後期に加工の意義が存在することを明らかにした。これは、次年度以降の研究の土台となるものであり、この結果を元に３１年度は産卵や幼虫摂食に反応して植物がどのような遺伝子発現の変化を起こすのか、その結果、どのような質的変化が植物に起こるのかという研究をにつながる重要な知見を得ることができた。
|
| Strategy for Future Research Activity |
今後は、H30年度に得られたカタビロハムシの卵期および幼虫期の死亡・生存率に関する結果を元に、そのメカニズムを探る研究を主に進めるものとする。具体的には、葉の有無により産卵・摂食を受けた植物の遺伝子発現がどのように違ってくるのかについてRNAseqを用いた実験を計画している。
さらに、カタビロハムシ以外で同じように「葉の切り落とし」と「葉を切り落とした茎への産卵」を行う種についても、その適応的意義を探るため、昨年度にカタビロハムシに対して行ったものと同様の野外操作実験を行うことを計画している。この実験により、カタビロハムシにおいて明らかになった行動の適応的意義が、他種にも当てはまるのかどうかを確かめることができ、「剪定」行動の適応的意義が種によって異なるのかどうか、もしくは広い分類群間で共通の意義があるのかを明らかにすることができると期待する。
|
