Diversification in gall-forming insects in relation to the geographic differentiation of their host plant species

2022 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 19H03296
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 45040:Ecology and environment-related
• Research Institution: The University of Tokyo (2022); Hirosaki University (2019-2021)
• Principal Investigator: Ikeda Hiroshi 東京大学, 大学院農学生命科学研究科(農学部), 准教授 (00508880)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 笹部 美知子 弘前大学, 農学生命科学部, 准教授 (00454380) ; 山尾 僚 弘前大学, 農学生命科学部, 准教授 (50727691)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: 系統地理 / 遺伝子発現

Outline of Final Research Achievements

Gall-forming insect species induce various types of galls on their host plants by altering gene expression in host plant organs. Here, we investigated the diversification process of galls induced by four closely related aphid species in a host plant species (Hamamelis japonica) by comparing their gene expression patterns and resulting phenotypes. The expression levels of genes for morphogenesis and the biosynthesis of phenolics was different among aphid species. Our phylogenetic analysis of aphids and the host plant showed that geographic isolation among host plant populations has interrupted gene flow in aphids and accelerated the speciation process accompanied by phenotypic evolution in galls.

Free Research Field

進化生態学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究により、マンサクに虫こぶを形成する近縁な4種のアブラムシにおいて、防御物質の生合成や成長の速さに関わる遺伝子の発現量の種間パターンと、実際の防御物質の量や成長の速さの種間パターンが対応していることが示された。虫こぶの形態や二次代謝産物などの防御形質についてはこれまでも研究例が多く、虫こぶ組織の遺伝子発現を調べた研究例もいくつかあるものの、防御形質と遺伝子発現の対応関係を調べた研究はほとんど行われてこなかった。本研究では、近縁種間で遺伝子発現と防御形質を比較することで、虫こぶの防御の進化過程をミクロレベルとマクロレベルで明らかにすることができたと考えられる。