多食性害虫 Helicoverpa armigera における植物ディフェンシンの摂取誘発代謝反応に関する新たな洞察

Scientific Reports volume 13、記事番号: 3151 (2023) この記事を引用

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鱗翅目害虫 Helicoverpa armigera は作物にとって最も破壊的な害虫の 1 つであり、その防除のためにいくつかのバイオテクノロジーによるアプローチが開発されています。 プラントディフェンシンは、植物の防御に役割を果たす小さなカチオン性のシステインに富んだペプチドです。 Capsicum annuum 由来のディフェンシン (CanDef-20) を摂取すると、H. armigera の幼虫と蛹の体積が用量依存的に減少し、変態が遅延し、繁殖力と繁殖力も大幅に低下しました。 H. armigera 幼虫における CanDef-20 摂取媒介抗生物質の分子機構を理解するために、比較トランスクリプトーム解析を実施しました。 GO の主なダウンレギュレーションは、セリン型エンドペプチダーゼ、リボソームの構造構成要素および内在性膜成分、ATP 結合、核および翻訳の示差的なアップレギュレーションに相当する一方、転移因子に代表される核酸結合のアップレギュレーションが検出されました。 リパーゼ、セリンエンドペプチダーゼ、グルタチオン S-トランスフェラーゼ、カドヘリン、アルカリホスファターゼおよびアミノペプチダーゼのさまざまなアイソフォームが、CanDef-20 摂取に対する代償反応として上方制御されることが判明しました。 変態、食物消化、腸膜などの重要な細胞プロセスに関連するいくつかの代表的な遺伝子の in vitro 酵素アッセイおよび qPCR 分析により、CanDef-20 を給餌した H. armigera 幼虫における適応的な差次的な制御が示されました。 われわれは、CanDef-20の摂取は、細胞膜、酵素、細胞質タンパク質との相互作用や、H. armigeraの成長遅延や適応戦略に関連するトランスポゾン動員の誘発を通じて、さまざまな形で昆虫の代謝に影響を与えると結論づけた。

害虫は、直接的な被害や病気の蔓延により、作物の収量を大幅に低下させます。 作物を脅かし、攻撃する害虫は数多くありますが、その中でもオオタバコガは多食性で最も破壊的です1。 さまざまな殺虫剤の使用や遺伝子組み換え作物に基づくアプローチなどの防除手段が世界中で使用されていますが、H. armigera は抵抗性を進化させており 2、これらの方法の失敗につながり、持続可能で環境に優しい害虫防除のための新しい生物学的アプローチの開発が必要となっています。

多食性昆虫は、植物の防御に対処するために、グルタチオン S-トランスフェラーゼ、グルコース オキシダーゼの生成、非感受性プロテアーゼやシトクロム P450 モノオキシゲナーゼの過剰発現など、複数の耐性メカニズムを発達させてきました3。 Bt トランスジェニックの耐性の分子機構は近年研究されています。 H. armigera および H. virescens の刷子縁上皮に存在するカドヘリンおよび ABCC2 トランスポーター遺伝子の変異により、Bt 毒素に対する耐性が生じました4。 これに加えて、アルカリホスファターゼ (ALP) 5、アミノペプチダーゼ N (APN) 6 の発現の変化、およびマイトジェン活性化プロテインキナーゼ (MAPK) 7 の調節事象が、Bt 毒素に対する鱗翅目昆虫の耐性メカニズムでした。 これらの研究は、植物の防御に対抗する昆虫の代謝における注目すべき多様性と可塑性の証拠を提供します。

植物は、草食動物の攻撃に対して構成的かつ誘導的な防御反応を示すために、洗練された制御ネットワークを進化させてきました3。 ジャスモン酸 (JA) およびサリチル酸 (SA)4 経路の誘導、その後の二次代謝産物、プロテイナーゼ阻害剤 (PI)5、および抗菌ペプチド (AMP) の生成により、害虫特異的な植物の防御反応が決定されます。 昆虫に対する AMP の影響は明確には解明されておらず、細菌が AMP に対して耐性を生成する可能性は抗生物質よりもはるかに低いことが知られています 8。 したがって、ディフェンシンペプチドのような植物防御分子に対する昆虫の対抗防御機構を研究することは、害虫防除を改善するための防御分子のピラミッド化に役立ちます9。