2021 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, 研究グループ付 (90415703)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2023-03-31
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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 |
今年度は以下の２点について解析を進めた。(1)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、ゴールが植物の葉と同様に実際に光合成を行なっているか？ゴールの上半部と下半部とで光合成能に違いがないか？を、酸素・二酸化炭素濃度計(FUSO デジタルCO2・O2チェッカー)を用いてガス濃度の変化を直接測定することで明らかにした。その結果、ゴールは植物の葉には劣るが二酸化炭素を取り入れて酸素を出しており、実際に光合成を行なっていることがわかった。また、日光を受けやすいゴール上半部のほうが、そうでないゴール下半部よりも光合成能が高いことが明らかになった。一方、枯死・変色したゴール組織や葉では光合成能はないか低いことが明らかになった。
(2)に関しては、野外で6月から9月にかけてゴールおよび植物の葉の光合成能(Qy値)と葉緑素量(SPAD値)を携帯型クロロフィル蛍光測定器(FluorPen FP110)と小型葉緑素計(SPAD-502Plus)を用いて定量評価し、ゴールに生理状態の変化の兆候が表れる時期や原因について調査・分析した。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・ゴールが実際に光合成を行なっており、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。これまでに、ゴールの機能として、紫外線からアブラムシを守っていることを明らかにしてきたが、今回の結果から、ゴールが巣内の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を行なうことでアブラムシに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示唆された。さらに、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重要な手がかりが得られた。アブラムシは宿主植物上にゴールを誘導することで安定した巣内環境を実現するが、ゴールは生きた植物組織であるため、やがて衰弱して枯死する。今回、ゴールの枯死には植物側の要因ではなく、アブラムシ個体数の増加によるゴール組織の生理状態の変化が関係しており、後者が引き金となって有翅モルフが分化誘導される可能性が示唆された。
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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なる検証を進めたい。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・比較を行なうとともに、生理的機能の評価・比較も行なう。ゴールのガス交換・蒸散作用を酸素・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について明らかにする。
ゴールの安定した巣内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生理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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