植物乳液中システインプロテアーゼが植物の耐虫性に果たす役割

植物乳液中システインプロテアーゼが植物の耐虫性に果たす役割

タイトル植物乳液中システインプロテアーゼが植物の耐虫性に果たす役割
要約 パパイアやイチジク属植物を始めとする植物の乳液中にしばしば存在するシステインプロテアーゼは、鱗翅目害虫に対し顕著な殺虫毒性を示す植物の防御タンパク質である。これらの植物の葉の強い毒性は、乳液の除去やシステインプロテアーゼ特異的なインヒビターE-64の塗布により完全に失われる。
キーワード植物乳液、システインプロテアーゼ、耐虫性、殺虫タンパク質、生態学
担当機関(独)農業生物資源研究所 昆虫適応遺伝研究グループ 昆虫植物間相互作用研究チーム
連絡先029-838-6085
区分(部会名)生物資源
分類知的貢献
背景・ねらい多くの植物が食害・傷害を受けたときに傷口から乳液を分泌する。乳液の役割は、乳液中にしばしばアルカロイドを始めとする毒物質が存在していることから食害昆虫に対する防御機構だと考えられるが、毒性分が発見されていない植物も多い。一方、これらの植物の乳液中にはシステインプロテアーゼ、キチナーゼを始めとする種々の酵素・ペプチドが発見されているが、植物にとっての本来の機能は不明であった。そこで、パパイアやハマイヌビワ(クワ科イチジク属)の乳液に大量に含まれるシステインプロテアーゼが耐虫性防御物質である可能性を検証した。
成果の内容・特徴
  1. パパイアやハマイヌビワの葉を広食性の鱗翅目幼虫のエリサン(ヤママユガ科)や重要害虫のヨトウガやハスモンヨトウ(いずれもヤガ科)の幼虫に摂食させたところ、葉は顕著な殺虫毒性や成長阻害活性を示した(図1,図2)。
  2. パパイアやハマイヌビワの葉を、細切水洗して乳液を除去する処理をしたもの、あるいはシステインプロテアーゼ特異的阻害剤E-64を塗布する処理をしたものをエリサン、ヨトウガ、ハスモンヨトウの幼虫に摂食させたところ、いずれの処理でも殺虫活性や成長阻害活性は完全に失われ、本来の食草を摂食させたときとほぼ同様に順調に成長した(図1,2)。
  3. パパイアのパパイン、イチジクのフィシン、パイナップルのブロメラインなど、種々の植物由来のシステインプロテアーゼを人工飼料に添加した餌をエリサン、ヨトウ、ハスモンヨトウの幼虫に摂食させたところ、いずれのシステインプロテアーゼも顕著な成長阻害活性や殺虫性を示した(図3)。
  4. システインプロテアーゼ活性は葉全体としては低いが、乳液中の活性は高くエリサンの致死濃度の20倍に達していた。体の小さな昆虫は葉を食害した瞬間に毒物質が濃縮された乳液を大量に浴びるため、乳液は植物の経済的かつ有効な防御と考えられる。
以上の結果から、乳液中のシステインプロテアーゼが、重要害虫をふくむ広範な昆虫に対して有効な植物の防御物質であることが判明した。

図1

図2

図3
成果の活用面・留意点
  1. 今後、種々の植物の乳液から、農業上有用な殺虫性や成長阻害作用があるタンパク・ペプチド・酵素・化合物が発見される可能性がある。
具体的データ
図表
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予算区分交付金
研究期間2001~2005
研究担当者河野勝行、今野浩太郎、中村匡利、田村泰盛、服部誠、平山力、立石剣
発表論文1)Konno K, Hirayama C, Nakamura M, Tateishi K, Tamura Y, Hattori M, Kohno K,(2004)Papain protects papaya trees from herbivorous insects : role of cysteine proteases in latex. The Plant Journal 37 : 370-378.
2)今野浩太郎,平山力,中村匡利,立石剣,田村泰盛,服部誠,河野勝行,
(2004)パパイア乳液中に含まれるシステインプロテアーゼであるパパインの植物耐虫防御物質としての役割. 日本農芸化学会2004年度大会.
3. 28-31.
発行年度2003
収録データベース研究成果情報

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