2020 Fiscal Year Research-status Report
社会性アブラムシの建築生物学―植物ゴール内ホメオスタシスと社会制御ー
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19K06068
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| Research Institution | University of Tsukuba |
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Principal Investigator |
柴尾 晴信 筑波大学, 生命環境系, 研究員 (90401207)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
松山 茂 筑波大学, 生命環境系, 講師 (30239131)
沓掛 磨也子 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 生命工学領域, 研究グループ長 (90415703)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 社会性アブラムシ / 植物ゴール / ホメオスタシス / 階級分化 / 季節多型 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
前年度に引き続き、次の２点について解析を進めた。(1)アブラムシ・ゴールの構造と機能：植物組織であるゴールは適応性のある構造物か？(2)ゴール内ホメオスタシスの破綻機構：アブラムシはなぜ破綻を未然に察知し、ゴール枯死前に有翅虫となって脱出できるのか？
(1)に関しては、ゴールに光合成能があるかどうか、もしあるならば、ゴールの上半部と下半部とで違いがないか比較した。ゴールと葉について、携帯型クロロフィル蛍光測定器(FluorPen FP110)を用いて、光エネルギーがどれくらい光合成の光化学反応に使われたかという光合成量子収率(Qy値)の測定・比較を行なった。また、小型葉緑素計(SPAD-502Plus)を用いて、ゴールと葉に含まれる葉緑素量(SPAD値)を測定・比較した。その結果、ゴールは葉には劣るが光合成能を有することが明らかになった。また、日光を受けやすい上半部のほうが、そうでない下半部よりも光合成能が高いことがわかった。葉緑素量についても同様で、ゴールは葉よりも葉緑素量が少なかったが、上半部のほうが下半部よりも葉緑素量が多いことがわかった。一方、枯死・変色したゴール組織や葉では光合成能が低く、葉緑素量も少ないことがわかった。
(2)に関しては、季節の進行に伴うゴールのストレス・健康状態の変化について知るために、ゴールと葉のQy値・SPAD値の季節変化を調べた。その結果、6月の若い緑色のゴールは葉に匹敵する高いQy値と比較的高めのSPAD値を示したが、7月下旬から8月初旬にかけてアブラムシ個体数が急増して変色し、枯れ始めた黄色～茶色のゴールは、葉や若いゴールと比較して、低いQy値・SPAD値を示した。葉は調査期間中ずっと高い光合成能・葉緑素量を示したが、ゴールは季節が進むにつれて葉緑素量が減少し、効率よく光エネルギーを光合成反応に利用できなくなることがわかった。
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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
本年度の重要な進展は、植物組織であるアブラムシ・ゴールが適応性のある構造物である強い証拠を示せたことである。ゴールの機能として、降り注ぐ紫外線からアブラムシを守ることのほか、ゴール内でアブラムシの呼吸により生じた二酸化酸素を取り込んで光合成によって酸素を提供するという、ゴール内と大気との間でガス交換の役割を果たしている可能性が考えられる。また、アブラムシはなぜゴールの破綻を未然に察知し、ゴール枯死前に有翅虫となって脱出できるのか？という疑問を解決する新たな手がかりが得られた。アブラムシのゴールは長寿命で内部環境が安定しているが、生きた植物の組織からなるため、やがて枯死する。盛夏が過ぎ、秋にゴールが枯死し始める頃にはベストなタイミングで有翅モルフが分散可能になっているが、ゴールの枯死には植物によって与えられる内的ストレスではなく、アブラムシによってもたらされる外的ストレスが強く関与することがわかった。ゴールのストレス・健康状態の悪化が引き金となり、アブラムシは季節に先立って有翅虫に分化してゴールから脱出することが考えられる。
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| Strategy for Future Research Activity |
アブラムシのゴールが適応性のある構造物であるかについてさらに検証を進める。ゴールの上半部と下半部とで、外部形態と内部形態の観察を行なうとともに、ゴールの生理的機能の評価を行なう。ゴールの光合成能、ガス交換・蒸散作用を酸素濃度計や二酸化炭素濃度計、温湿度計、気流計等を用いて実際に測定し、ゴールが巣内環境を調節する仕組みを明らかにする。
ゴール内の安定した環境でアブラムシが季節を察知するしくみを明らかにする。季節の進行に伴うゴール内の光強度や温度、個体数密度、ガス濃度などの微変動を定量化する。近接リモートセンシング手法により、季節変動に伴う野外ゴールのストレス状態や環境調節能力の変化をモニタしながら、実験室で巣内環境の変動を再現して表現型（兵隊階級/有翅モルフ）の切り替えが起こるかを観察する。
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| Causes of Carryover |
新型コロナウイルスの感染リスクを避けるため、予定していたアブラムシの現地調査の回数を減らしたために次年度使用額が生じた。この次年度使用額は次年度の配分額と合わせて旅費や試薬の購入に使用する。
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