2018 Fiscal Year Research-status Report
広食性昆虫（ハスモンヨトウ）の味覚受容システムの解明
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18K05677
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| Research Institution | Saga University |
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Principal Investigator |
龍田 勝輔 佐賀大学, 総合分析実験センター, 助教 (00565690)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
永野 幸生 佐賀大学, 総合分析実験センター, 准教授 (00263038)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | ハスモンヨトウ / 昆虫 / 味覚 / 電気生理実験 / 塩 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
広食性農業害虫ハスモンヨトウの味覚受容解析のため、摂食行動実験により昆虫の基本味とされる糖、塩、苦味物質への応答を調べた。その結果、動物（昆虫）が嗜好する5から100 mMの低濃度塩（NaCl）に対してハスモンヨトウ幼虫が忌避行動を示し、その摂食行動は強く抑制された。Na＋イオンによる摂食阻害効果を確認するため、KCl, CaCl2, CaCO3, グルコン酸ナトリウム(GluNa)を用いて摂食実験を行った結果、KClは高濃度でも阻害効果を示さず、CaCl2, CaCO3, GluNaでは低濃度でも阻害効果を示した。よって、摂食阻害効果はNa＋イオンやCa2+といった陽イオンに起因すると予想された。さらに、本種幼虫の塩忌避における高感受性が本種の普遍的な表現型であるかを検証するため、佐賀県、沖縄県、鹿児島県で採集した個体における摂食行動実験を実施し、これまで使用してきた累代飼育系統と比較した。その結果、採集地域により塩忌避性は異なり、一部の個体群は低濃度塩に対する忌避行動を示さなかった。よって、本種幼虫は地理的変異による味覚受容の差異が存在する可能性がある。さらに、電気生理学的解析により、本種幼虫の塩受容は、他種昆虫と同様に２種類の味受容細胞によって制御されていることが予想された。塩の摂食は動物にとって必須であり、低濃度塩は美味しく感じるが、高濃度塩に対しては忌避行動を示す。塩濃度による嗜好性の変化はマウスでは約250 mM、キイロショウジョウバエでは約100 mMを境界とし、低濃度塩受容細胞と高濃度塩受容細胞によって制御されるが、電気生理実験の結果より、本種幼虫は塩濃度による嗜好性変化の境界濃度が極めて低いことが示唆された。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
A電気生理実験 本研究課題である塩受容細胞数の特定に注力して実験を行ったため、糖・苦味物質・水に対する電気生理学的応答についてデータ量が不十分である。
B塩を添加した人工飼料・植物は粉末を用いた摂食実験 これまでの研究成果により、苦味物質と塩が本種幼虫の摂食行動を抑制することが明らかとなった。しかし、塩および苦味物質ともに過剰摂取は人体にも悪影響を及ぼすため、本種の味覚受容システムをターゲットとした防除系確立にはより低濃度でも十分な抑制効果を示す至適濃度を検証する必要がある。そこで、苦味物質（カフェイン・キニーネ・ベルベリン・ストリキニーネ）および塩（NaCl）を用いて摂食実験を行った結果、その抑制効果の下限濃度はそれぞれ0.1 mMおよび5 mM程度であった。さらに、苦味物質と塩を混合させた場合、摂食抑制に対して相乗効果を示し、各化合物とも単体での抑制効果の下限濃度以下の濃度で有意に摂食量が減少した。
C本種の遺伝的多様性と味覚多様性の相関の検証 九州・沖縄で本種の採集を行い、塩受容に注力して行った。概要に記載した通り、野外個体群では塩受容の嗜好性変化の境界濃度が他種昆虫と同様である可能性が示されたため、味覚受容システムにおける地理的変異が存在すると予想された。RAD-Seq解析については未実施であるが、採集地ごとにDNAサンプルを虫体から抽出・調整済みである。
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| Strategy for Future Research Activity |
１ 電気生理実験の進捗がやや遅れているため、注力する。本種幼虫の味細胞レパートリーの特定を急ぐ。
２ 塩と苦味物質の相乗効果の検討において３種類以上の混合餌における摂食抑制効果を検証する。新規苦味物質の探索およびアミノ酸の摂食への影響を摂食行動実験および電気生理実験にて検証することを計画している。
３ 本年度も引き続き九州地方を中心に本種のサンプリングを行い、摂食行動実験を行う。同一採集地域での塩嗜好性の境界濃度における年次変動を確認する。さらに、各地域で採集した個体群のDNAの抽出・精製を行い、２年分のサンプルをRAD-Seq解析を実施することにより遺伝的多様性と味覚（塩受容）多様性の相関を検証する。また、海外サンプルの入手を実施し、国内および海外系統間の差異を確認する。
４ これまでの本種幼虫の摂食実験は３齢幼虫を中心に実施してきた。本種幼虫の最終齢は６齢であり、齢期による味覚応用の差異は検証していない。よって、本年度は終齢幼虫を中心に摂食行動実験を実施するである。また、すでに成虫期の摂食行動実験を実施しており、幼虫ー成虫間の塩応答の差異を検証済みであるため、発育ステージ間の味覚応答差の有無について本年度も検証予定である。
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| Causes of Carryover |
昨年度予定していたRAD-Seq解析の受託費用および前処理に必要な試薬等の購入を今年度に見送ったため、次年度使用額が発生した。RAD-Seq解析以外の実験により、ハスモンヨトウの味覚応答において地理的変異が確認できたため、昨年度のDNAサンプル分も併せて、本年度にRAD-Seq解析を実施することで、地理的変異に加えて、他地点での経時的個体群変動も検証予定である。本実験計画をもって次年度使用分を併せた使用を遂行する。
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