2022 Fiscal Year Research-status Report

植物耐虫物質の天然増強剤および増強されて機能する新規耐虫物質の探索・解明・利用

Research Project

Project/Area Number	19K22321
Research Institution	National Agriculture and Food Research Organization
Principal Investigator	今野浩太郎国立研究開発法人農業・食品産業技術総合研究機構, 生物機能利用研究部門, 上級研究員 (00355744)
Project Period (FY)	2019-06-28 – 2024-03-31
Keywords	シュウ酸カルシウム針状結晶 / 活性増強効果 / 針効果 / 相乗的耐虫効果 / キチナーゼ / Family18キチナーゼ / Family19キチナーゼ / Trichoderma viride
Outline of Annual Research Achievements	これまでに、システインプロテアーゼがシュウ酸カルシウム針状結晶と共存すると毒性が増強され致死毒性を示すことを明らかにし針効果と呼んだ。このようなシュウ酸カルシウム針状結晶による他の物質の昆虫に対する特性の増強効果はStreptomyces griseus由来のキチナーゼやヤマノイモのキチナーゼ活性（いずれも単独では昆虫に対する毒性が非常に低いあるいは検出できない）に対しても検出され、シュウ酸カルシウム共存下でこれらのキチナーゼ（活性）は顕著な致死活性を示した。ヤマノイモおよびStreptomyces griseusのキチナーゼは共にFamily19という種類のキチナーゼである。Family19のキチナーゼは植物に存在するが動物には存在せず、動物のキチナーゼはFamily18に属す。Family18のキチナーゼがFamily19のキチナーゼ同様に針状結晶の存在下で昆虫毒性を示すかは未知だった。（プロテアーゼではセリンプロテアーゼはシステインプロテアーゼと違いシュウ酸カルシウム共存下で昆虫毒性を示さない。）そこでFamily18キチナーゼと針状結晶の共存条件下の増強効果の確認を試みた結果、Serratia marcescensのキチナーゼ（Family 18）では（市販試薬の酵素比活性の低さのためか）針状結晶存在時に致死効果は確認できなかったが、Trichoderma viride由来のキチナーゼ（Family18）単独では致死毒性は低かったが（4%の高濃度のキチナーゼ含む人工飼料を摂食させたエリサンで致死率30-40%）なのに対し針状結晶共存下では1%でも50%前後の致死効果があった（４％では致死率100%）。以上、植物に多いFamily19だけでなく、動物に多いFamily18のキチナーゼでもキチナーゼ一般の性質として、針状結晶共存下での顕著な増強・致死効果が確認できた。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason 植物に多いFamily19のキチナーゼ（ヤマノイモ由来、Streptomyces griseus由来）だけでなく、Family18のキチナーゼ（Trichoderma viride由来）でも同様にシュウ酸カルシウム針状結晶存在下で顕著に増強された強力な殺虫活性・成長阻害活性を持つことが明らかになった。これは顕著な研究の進展である。一方昨年度までに発見されたサトイモ科植物におけるシュウ酸カルシウム針状結晶共存下で見られる強力な摂食阻害活性に関し針状結晶表面に存在する物質に関する研究は、植物組織内で針状結晶が存在している異形細胞のみを無傷で回収する方法が未だに見つからなかったため期待した進展はなかった。この二つを合わせえると上記の2点を合わせて考えると概ね順調に進展しているといえると思われる。
Strategy for Future Research Activity	シュウ酸カルシウム針状結晶とキチナーゼの相乗的耐虫効果については早期の論文化を目指す。昨年度までに我々が発見していた、サトイモ科植物におけるシュウ酸カルシウム針状結晶が関わる昆虫に対する強い摂食拒否活性についての研究も進める。現在のところサトイモ科植物にはセロトニンが含まれていることが報告されており、さらに我々の昨年度までの研究によりセロトニンとシュウ酸カルシウム針状結晶を共存させると摂食拒否活性を示すことを示している。そこで、サトイモの葉の細胞においてシュウ酸カルシウム針状結晶を含む異形細胞中に針とセロトニンが共存して含まれる可能性を現在我々は仮説として持っている。しかし、現在に至りまで、サトイモ科植物の異形細胞、特に針状結晶を含む液胞を無傷で回収することに我々は成功していない。そこで本年度はサトイモ科植物から異形細胞（時に針状結晶を含む液胞）を無傷で回収し、液胞内物質の分析をすることにより（セロトニン等の痛み物質の存在を明らかにすることにより）サトイモ科植物葉の昆虫に対する摂食阻害活性（および人間に対する痛み活性）の生理・物質的メカニズムの解明を行う計画である。
Causes of Carryover	令和4年度およびその前の令和2,3年の間コロナウイルスの蔓延が続き、様々な面で研究に支障がでて遅れが生じた（研究部門内でも感染事例の発生があったことにより研究が大幅に遅れた。また物品の配達や修理などにも遅れが生じ研究がとどこおった。このためすべての資金を使い切れず次年度使用額が生じた。