Elucidation of symbiotic strategies of pea aphid by RNAi targeting symbiotic organ-specific peptides

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 21K05619
• 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: Kagoshima University
• Principal Investigator: Uchiumi Toshiki 鹿児島大学, 理工学域理学系, 教授 (20193881)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: アブラムシ / ブフネラ / 共生 / 菌細胞 / システインリッチペプチド / RNAi / マメ科植物 / 根粒

Outline of Final Research Achievements

Aphids establish obligate symbiosis with Buchnera in their symbiotic organ, bacteriocytes, where Bacteriocyte Cysteine-Rich (BCR) peptides exist specifically. The aim of this research is to clarify that the BCR peptides are essential for the symbiosis with Buchnera.
In the bacteriocytes of the pea aphid, Acyrthosiphon pisum, seven genes of BCRs, i.e. BCR1-6 and BCR8, are expressed specifically. We repressed their expression by feeding the aphids artificial diet containing siRNAs targeting each BCR gene. Feeding the aphids with siRNAs resulted not only in the reduction of the expression of the target gene but also in the significant reduction of their survival rate during 72 hours of feeding. This study demonstrates that BCRs of the aphid are essential for symbiosis with Buchnera.

Free Research Field

植物-微生物相互作用

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

地球上の殆どのアブラムシは、ブフネラと共生している。BCRは、全てのアブラムシの菌細胞に共通して存在すると推定されている。従って、BCRの遺伝子発現やペプチド機能を抑制する薬剤の探索は、アブラムシ特異的な新規殺虫剤に結びつく可能性がある。
マメ科植物と根粒菌の共生では、根粒中のシステインリッチペプチド（NCR）が必須である。NCRはマメ科植物由来であるが、生物学的特性はBCRと酷似している。本研究により、「アブラムシとマメ科植物は、完全に独立した進化を辿ったにも関わらず、よく似たシステインリッチペプチドで共生微生物を制御する。」という驚くべき共通原理の存在が明らかとなった。