小麦植物上のアブラムシの性能を形作る日周リズムの唾液エフェクター発現とメタボリズム

Core Concepts

アブラムシは小麦植物への適応を促進するために、時間帯によって異なる唾液エフェクターを発現する。

Abstract

本研究では、重要な農業害虫であるムギアブラムシ(Rhopalosiphum padi)の日周リズムについて調べた。アブラムシの摂食行動、遺伝子発現、代謝プロセスに日周リズムが存在することが明らかになった。
アブラムシの摂食行動を電気的浸入グラフ(EPG)法で解析したところ、特に夜間の長時間の植物への唾液注入(E1フェーズ)に日周リズムが見られた。一方、植物汁液の摂取(E2フェーズ)には日周リズムは認められなかった。しかし、夜間の蜜露排出量が多いという日周リズムが観察された。
時系列の転写体解析により、4,460の日周リズム性遺伝子が同定された。これらは代謝経路に関連する4つのクラスターに分類された。特に注目されたのは、43%の日周リズム性唾液エフェクター遺伝子が夜間にピークを示したことである。これは、EPGで観察された夜間の唾液注入の増加と一致していた。
2つの主要な唾液エフェクター遺伝子(C002とE8696)の発現抑制実験では、小麦植物上でのアブラムシの生存率と繁殖力が低下したが、人工飼料上では影響がなかった。これは、これらの唾液エフェクターが植物との相互作用において重要な役割を果たすことを示唆している。
以上の結果から、アブラムシの摂食行動と性能は、唾液エフェクターの日周リズム的発現によって強く影響を受けることが明らかになった。この知見は、アブラムシの生物学的リズムを標的とした新しい害虫管理戦略の開発につながる可能性がある。

Stats

夜間のアブラムシの蜜露排出量は、昼間の1.4倍から1.7倍多かった。
アクアポリン1(AQP1)とグット・スクラーゼ1(SUC1)の発現抑制により、小麦植物上でのアブラムシの生存率が29%と79%低下した。
C002とE8696の発現抑制により、小麦植物上でのアブラムシの繁殖力が56%と86%低下した。

Quotes

"アブラムシは小麦植物への適応を促進するために、時間帯によって異なる唾液エフェクターを発現する。"
"アブラムシの摂食行動と性能は、唾液エフェクターの日周リズム的発現によって強く影響を受ける。"
"この知見は、アブラムシの生物学的リズムを標的とした新しい害虫管理戦略の開発につながる可能性がある。"

Key Insights Distilled From

Diurnal rhythmicity in salivary effector expression and metabolism shapes aphid performance on wheat plants

by Han,J., Kunk... at www.biorxiv.org 01-23-2024

https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2024.01.20.576473v1

Deeper Inquiries

アブラムシの日周リズムは植物の日周リズムとどのように関連しているのか?

アブラムシの日周リズムは、植物の日周リズムと密接に関連しています。植物とアブラムシの相互作用は、植物の防御応答や栄養状態など、植物の状態に大きく影響されます。アブラムシは、植物の光合成産物である養分を摂取するために植物の韋帯管から養分を吸収します。アブラムシの摂食行動や唾液中の成分の放出などの行動は、植物の日中と夜間の状態に合わせて変化することが観察されています。特に、アブラムシの唾液中の成分の放出は夜間に増加する傾向があり、これは植物の防御応答や韋帯管の状態の変化に対応するためのものと考えられます。したがって、アブラムシの日周リズムは、植物の日周リズムと調和しており、植物とアブラムシの相互作用を調整する重要な要素となっています。

アブラムシの日周リズムを標的とした害虫管理戦略にはどのようなものが考えられるか?

アブラムシの日周リズムを標的とした害虫管理戦略には、いくつかのアプローチが考えられます。まず、アブラムシの日周リズムに合わせて、特定の時間帯に効果的な農薬や生物学的制御剤を使用することが考えられます。例えば、アブラムシが活動的な夜間に効果的な農薬を散布することで、害虫の被害を最小限に抑えることができるかもしれません。また、アブラムシの日周リズムに合わせて、特定の時間帯にアブラムシの生息地を変更することで、害虫の発生を制御することも可能です。さらに、アブラムシの日周リズムに影響を与える要因を理解し、それらを標的とした新しい管理戦略を開発することも重要です。

アブラムシの日周リズムはどのようなメカニズムで制御されているのか?

アブラムシの日周リズムは、内部生物時計（サーカディアンクロック）によって制御されています。生物時計は、アブラムシの体内で24時間サイクルの生理的および行動的なプロセスを調整し、外部環境の変化に適応させる役割を果たしています。アブラムシの日周リズムは、サーカディアンクロックによって調整される遺伝子の発現パターンによって形成されます。特定の遺伝子や分子の発現が特定の時間帯に増加または減少することで、アブラムシの行動や生理機能が時間的に調整されます。このようなメカニズムによって、アブラムシは植物の日周リズムや他の環境要因に適応し、最適な生存と繁殖を実現しています。