植物乳液中に含まれる耐虫防御タンパク質・物質の耐虫性発現分子機構解明と応用

2010 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 20248007
• Research Institution: National Institute of Agrobiological Sciences
• Principal Investigator: 今野 浩太郎 独立行政法人農業生物資源研究所, 昆虫-昆虫・植物間相互作用研究ユニット, 主任研究員 (00355744)
• Keywords: 植物乳液 / ウリ科植物篩管滲出液 / トウガンBenincasa hispida / 耐虫性タンパク質 / Phenanthroindolizidine alkaloid (PIA) / クワ乳液耐虫性タンパク質MLX56 / 植物-昆虫間相互作用 / 植物被食防衛

Research Abstract

本年度は、トウガン篩管滲出液から新規耐虫性タンパク質の精製と遺伝子のクローニングに成功した。ウリ属の滲出液(篩管液)とくにトウガンBenincasa hispidaの滲出液は顕著な耐虫性(成長阻害活性)を示した。トウガンの葉はエリサンに対して強い毒性・成長阻害活性を示したが、細切り水洗し篩管液が滲出しなくなった葉は毒性が顕著に弱くなる一方、篩管滲出液を人工飼料に加えてエリサンに摂食させると顕著な成長阻害が観察された。そこで、トウガン篩管液に含まれる耐虫活性因子の精製を試み、篩管液を陰イオン交換カラムに供したところ、非吸着画分および複数の吸着ピークにそれぞれ活性が認められ、本因子は複数の成分で構成されていた。陰イオン交換カラムの非吸着画分に含まれる活性成分を、各種クロマトグラフィーを用いて単離した。この成分はタンパク質であったため、一次構造を解析した。明らかになった一次構造はBlast検索の結果ウリ科の篩管液の凝固に関与するPPIIタンパク質(Phloem Protein II)に相同性を示す一方でPPIIではPPIと反応し凝固するに当たって必須なシステイン残基を1つも含まないなどPPIIとは顕著な相違点を持ち本耐虫性タンパク質が新規タンパクであることを示した。陰イオン交換カラムの吸着ピークに含まれる活性因子に関しても、そのうちの1つを単離した。この成分はSDS-PAGEの結果から約32000程度の分子量と見積もられた。
オオバイヌビワ(Ficus septica)の乳液が耐虫性分として毒性の強いPhenanthroindolizidine alkaloid (PIA)を複数種高濃度で含み昨年度はそのうちの1つがantofineであることを解明したが、今年度はもう一つのPIAの主成分がisotylocrebrineであることを解明した。
クワ耐虫性タンパク質MLX56の耐虫性メカニズムがタンパク質等の栄養素の消化(分解・吸収)過程を阻害することが根本原因になっているか調べるため、タンパク質を全く含まないセルロース人工飼料を作り、そこのMLX56を添加あるいは無添加でエリサンに摂食させ成長を比較したところ、MLX56はセルロース飼料摂食時でも顕著な成長阻害作用を示した。このことから、栄養素の消化吸収阻害はMLX56の耐虫性の根本原因ではないことが判明した。

Research Products

• [Journal Article] Plant latex and other exudates as plant defense systems : Roles of various defense chemicals and proteins contained therein. (2011)
  • Author(s): Kotaro KONNO
  • Journal Title: Phytochemistry (Special Issue on Plant-Insect Interactions) Volume: (オンライン上で掲載された(後に正式頁がつく)) Pages: doi:10.1016/j.phytochem.2011.02.016 21
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 植物の防御機構と昆虫-植物乳液をめぐる植物と昆虫の攻防関係 (2010)
  • Author(s): 今野浩太郎
  • Journal Title: Biophilia Volume: 6巻 Pages: 51-58
• [Presentation] トウガン師管液由来の耐虫性画分に含まれるタンパク質の精製 (2011)
  • Author(s): 太田英司・中村匡利・平山力・今野浩太郎
  • Organizer: 第55回日本応用動物昆虫学会
  • Place of Presentation: 九州大学箱崎キャンパス(福岡県福岡市)(震災で中止になるも大会は成立したものとみなされる)
  • Year and Date: 2011-03-29
• [Presentation] 多様な2次代謝物質・タンパク質による植物の防御とこれを打破して食べる昆虫の分子攻防関係 (2011)
  • Author(s): 今野浩太郎
  • Organizer: 2011年度日本農芸化学会京都大会 大会シンポジウム「昆虫科学研究の最前線-節足動物にみる生存戦略の化学-」
  • Place of Presentation: 京都女子大学(京都府京都市)(招待講演 震災で中止になるも大会は成立したものとみなされる)
  • Year and Date: 2011-03-28
• [Presentation] Phenanthroindolizidine alkaloidを耐虫性物質として含むオオバイヌビワ乳液:他のクワ科植物乳液との比較 (2011)
  • Author(s): 今野浩太郎・中村匡利・和佐野直也・太田英司・平山力・立石剣・Khondkar E.KABIR・小野裕嗣・竹中真紀子・本田計一・大藤泰雄
  • Organizer: 日本蚕糸学会第81回大会
  • Place of Presentation: 東京大学農学部(東京都文京区弥生)(震災で中止になるも大会は成立したものとみなされる)
  • Year and Date: 2011-03-21
• [Presentation] Phenanthroindolizidine alkaloids : Defense chemicals found in the latex of Ficus septica. (2010)
  • Author(s): Kotaro KONNO, Masatoshi NAKAMURA, Naoya WASANO, Eiji OTA, Chikara HIRAYAMA, Ken TATEISHI, Khondkar E.KABIR, Makiko TAKENAKA, Hiroshi ONO, Keiichi HONDA
  • Organizer: International Society of Chemical Ecology 26^<th> Annual Meeting
  • Place of Presentation: Tours, France
  • Year and Date: 20100802-20100804
• [Presentation] Purification of insect-resistant proteins from the wax gourd, Benincasa hispida. (2010)
  • Author(s): Eiji OTA, Masatoshi NAKAMURA, Chikara HIRAYAMA, Kotaro KONNO
  • Organizer: International Society of Chemical Ecology 26^<th> Annual Meeting
  • Place of Presentation: Tours, France
  • Year and Date: 20100802-20100804
• [Book] Section 4.08 "Chemical Defence and Toxins of Plants" In "Comprehensive Natural Products II Chemistry and Biology" (Mander, L., Lui, H.-W., Eds.) (2010)
  • Author(s): Hisakazu YAMANE, Kotaro KONNO, Maurice Sabelis, Junji TAKABAYASHI, Tekeshi Sassa, Hideaki Oikawa
  • Total Pages: 339-385(47)
  • Publisher: Elsevier, Oxford