2023 Fiscal Year Research-status Report

植物の形態制御機構を撹乱する昆虫フタテンチビヨコバイ由来生理活性物質の同定

Research Project

Project/Area Number	22K05461
Research Institution	Tokyo University of Agriculture and Technology
Principal Investigator	宮崎翔東京農工大学, 学内共同利用施設等, 助教 (30755955)
Project Period (FY)	2022-04-01 – 2025-03-31
Keywords	天然物化学 / 昆虫 / 矮化 / 隆起 / 虫こぶ
Outline of Annual Research Achievements	本研究はイネ科植物の草丈の伸長抑制，及び葉脈にこぶ状の隆起を引き起こす昆虫由来の生理活性物質の単離・構造決定と生合成経路の解明を目的としている。昆虫フタテンチビヨコバイはイネ科植物を餌として吸汁し，その際に注入する物質によって寄主植物草丈の伸長抑制，及び葉脈にこぶ状の形態変化を引き起こし，この形態変化に伴う栄養価の向上により当該昆虫の発育速度や生存率が高まることが知られている。本研究では生物試験を軸とした生物有機化学的手法により，イネの矮化と隆起の形態変化を誘導するフタテンチビヨコバイ由来の生理活性物質を単離・構造決定することを第一の到達目標とし，その形成機構を物質の視点から解明を目指すものである。まず生物試験法を用いた活性物質の検出が重要な課題である。昨年までに判明した矮化を誘導する活性物質の単離精製を進めた。複数画分で確認できた矮化活性のうち，一つは精製過程で生じるものに由来していた。他の矮化活性画分に関してNMRで構造解析を進めたところ，アミノ酸が含まれていた。興味深いことにそれらの組成を再現してイネに投与したところ弱いながらも矮化活性が確認できた。しかし，精製初期の粗抽出物に比べて活性が弱いことから，真の活性物質が精製過程に残っている可能性が生じた。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason ワラビー委縮症は矮化と葉の隆起化である。それらを誘導する昆虫由来の活性物質に関して活性を指標に追跡を行った。矮化活性物質に関して、ゲルろ過、イオン交換、活性炭、芳香族系吸着担体、シリカゲルカラムクロマトグラフィー、逆相のODSカラムクロマトグラフィー、ジオールおよびアルギニン修飾シリカゲルカラムクロマトグラフィーによる分離を試みたものの、いずれの方法においても有効な分離には至らず，シリカゲルカラムクロマトグラフィーを再検討し、水系溶媒で溶出する方法を見出した。前年見出した活性画分は，抽出溶媒が由来で活性が発現していたことから，異なる活性画分の精製を試みたところ複数のアミノ酸成分を確認するに至った。そこで，それらのアミノ酸成分を再構築して試験したところ矮化傾向が見られ，倍量を入れると活性が強くなった。これら成分が関与している可能性を示唆するとともに，真の活性物質の存在も判明し，新たな試験系構築が必要であると判明した。そこで，イネの様々な品種を用いてトウモロコシと同様の抵抗性品種の探索を始めている。ワラビー委縮症を発症しないイネを見出すことで，抽出物由来の活性が委縮症状に関与することを明瞭にする。また，新たな抽出法も見出せたことから，順調に進展していると判断している。
Strategy for Future Research Activity	トウモロコシの抵抗性品種は利用が難しいため，イネの抵抗性品種も選抜を進める。また，新たに検討している活性物質の抽出法と，成分分析，生物試験で活性を確認していく方法を検討する。次世代シークエンサを用いて矮化と隆起形成に関与する遺伝子情報の取得も進めていく。生理活性物質の解明で得られた構造情報をもとに生合成酵素遺伝子の探索と異種発現系による機能解析を進める。また，両現象に関連する植物応答遺伝子の探索と解析を進めるとともに，昆虫の発現解析も進めて生合成に関する知見もえる。
Causes of Carryover	適切な執行に努めて研究を行ってきたが、物品の効率的な購入により差額が生じたためである。残額は次年度の消耗品費に追加し研究を進める。