Architectural biology of social aphids: Homeostasis and social regulation in plant galls

2022 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 19K06068
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 39050:Insect science-related
• Research Institution: Keio University (2022); University of Tsukuba (2019-2021)
• Principal Investigator: Shibao Harunobu 慶應義塾大学, 自然科学研究教育センター(日吉), 訪問研究員 (90401207)
• 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)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: 社会性アブラムシ / 植物ゴール / ホメオスタシス / 表現型多型 / 階級分化 / モルフ分化 / 季節適応

Outline of Final Research Achievements

In order to elucidate the mechanism by which social aphids perceive and adapt to the seasons in a stable nest environment, we determined the physiological function of plant galls induced by the aphids, and the early warning signs and causes of deteriorating condition before the galls reach the end of their life span. We observed that plant galls have photosynthetic capacity and may play an important role in gas exchange, absorbing carbon dioxide produced by respiration in the nest and providing oxygen to the aphids. The mortality of the galls was related to an increase in the aphid population size to the extent that it covered the inner walls of the galls, which was thought to reduce the chlorophyll content and photosynthetic capacity of the gall tissue and the light intensity in the nest, triggering the emergence of winged dispersal individuals.

Free Research Field

生態学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究では、社会性アブラムシによって誘導される植物ゴールが、光合成によりCO2を吸収してO2を発生させるという他の社会性昆虫の巣には見られないユニークな機能を備えていることを発見した。アブラムシはゴール組織の生理状態の悪化や周囲の明るさの低下といった局所的な情報から巣内ホメオスタシスの破綻という大域的な情報を得ることも新知見として得られた。天然の植物由来のにおい成分は、アブラムシのフェロモンの働きを促進・抑制する効果があり、フェロモンと組み合わせて用いることで、殺虫剤を使わずに効果的な天敵昆虫の誘引や害虫・天敵の行動制御が可能となる。これは環境低負荷型の新しい害虫防除技術の開発につながりうる。