植物は昆虫の攻撃に備えることができる

生物学

植物は、さまざまな種類の昆虫に襲われます。

彼らはこれに対処するために、化学物質や丈夫な葉などの防衛メカニズムを持っています。

しかし今回、野生のクロガラシは、最初の敵から身を守るときに、後に別の敵から身を守る必要があることをすでに予測していることがわかりました。

それどころか、最も可能性の高い敵からの攻撃に備えているのです。

この驚くべき研究結果は、著名な科学雑誌『Nature Plants』に掲載されました。

彼らは、被害を与える昆虫が特定の順番でやってくることを想定しています。そのためには、さまざまな虫に対応できるように、防御体制を整える必要があるのです。- 昆虫学者Erik Poelman

この記事は、ワーヘニンゲン大学昆虫学研究室の准教授であるErik Poelman氏が率いるチームに所属するDaan Mertens氏とMaite Fernandéz de Bobadilla氏が行った博士課程の研究に基づいています。

「持続可能な農業・園芸への移行が進んでいますが、それには農薬の使用を大幅に削減することが含まれます。耕種農家にとっては、作物を襲う昆虫の種類が増えていることに対応しなければなりません。かつて植物の育種家は、最も問題のある昆虫に対する抵抗性に焦点を当て、他の草食動物には広範囲の農薬を使用していました。今、私たちはアプローチを変えなければなりません。そうすることで、野生の植物種が多様な昆虫にどのように対処しているかを学ぶことができるのです。」とPoelman氏は言います。

これは大きな方向転換であると、Mertens氏は説明します。

「これまでは、特定の昆虫問題に対応する植物を育成することに重点が置かれていましたが、現在の植物育種では、柔軟な防御力を備え、あらゆる種類の敵に対応できる作物を作る必要があります。つまり、システム・アプローチに移行しているのです。」

それぞれの敵に応じた反応

植物は、いつ何時、敵の攻撃を受けるか分かりません。

ほとんどの種は、実際に攻撃を受けたときにのみ、防御(防御用の化学物質の生産など)に十分な投資を行うことで、この不確実性を解消しています。

つまり、草食昆虫がいないときには、植物は資源(糖やデンプンなどの光合成産物)を自分の成長や繁殖に十分に投入することができるのです。

「植物は、どの昆虫が自分を攻撃しているかをかなり具体的に感じ取っています。昆虫の攻撃には、細胞の損傷の仕方、その後に放出される化合物、昆虫の唾液の特徴などから気づきます。それらのシグナルを解釈して、標的となる防御を行うことができるのです。」とMertens氏は言います。

しかし、ある種の昆虫をターゲットにした防御は、他の種の昆虫による攻撃には効果がないかもしれません。

さらに複雑なのは、例えばアブラムシに対する植物の特異的な反応が、イモムシに対する抵抗力を低下させてしまうことです。

これは、植物がさまざまな種類の防御力を発揮するメカニズムを持っているからです。

これらのメカニズムは、防御反応を制御する際に相互作用する可能性のある植物ホルモンによって引き起こされます。

リスク管理

害虫からの複数の攻撃に対して、植物はどのように防御しているのでしょうか?©Wageningen University 

では、虫が群がっている野生の植物が、なぜこれほどまでに自分の身を守ることができるのでしょうか?

Mertens氏は、「植物は、被害を与える昆虫が特定の順序でやってくることに備えているのです。シーズン初めには特定の種のアブラムシ、その後には特定の種のイモムシがやってくるかもしれません。意識的なリスク管理のように見えますが、これは自然淘汰によって生まれたものです。彼らは、最も一般的な一連の出来事に対応できるのです。」と言います。

研究者たちは、これまでにない大規模な実験によって、植物の戦略が実際にこのように機能していることを示しました。

研究者たちは、クロガラシが90種類の昆虫の攻撃の組み合わせに対して使用する防御メカニズムを観察し、この結果を、野生の植物における相互作用の頻度についての3年間の研究と結びつけました。

過去に行われた同様のテストでは、組み合わせは5つ程度に限られていました。

この野心的なアプローチにより、貴重な新知見が得られました。

「私たちは、植物の生理学的理解を生態学に結びつけました。植物の樹液を食べた昆虫が反応を起こし、その結果、植物の毛虫に対する防御力が低下するという古い考えは、あまりにも単純であることがわかりました。今回の研究は、アブラムシやイモムシに対する植物の生理的反応に関する研究を裏付けるものであると同時に、多くの場合、植物は異なる摂食パターンを持つ昆虫に対して影響を受けやすくなるわけではないことを明らかにしています。野生の昆虫の特定の組み合わせや配列の存在は、個々の昆虫種の特徴よりも抵抗性を予測するのに適しているようです。」とPoelman氏は説明します。

Published by Wageningen University. Daan Mertens et al, Plant defence to sequential attack is adapted to prevalent herbivores, Nature Plants (2021). DOI: 10.1038/s41477-021-00999-7