シロアリの卵に化ける菌

フェロモンでシロアリをだます仕組みを解明

平成20年12月24 日 独立行政法人 農業・食品産業技術総合研究機構

生物系特定産業技術研究支援センター

岡山大学大学院環境学研究科


松浦健二(岡山大学大学院環境学研究科准教授)らのグループは、シロアリの卵に擬態して巣内に寄生する菌核菌「ターマイトボール」の化学擬態メカニズムの解明に挑戦し、シロアリの卵認識フェロモン(TERP)注)の主成分がセルロース分解酵素の一つβ−グルコシダーゼと抗菌タンパク質のリゾチームであることを世界で初めて突き止め、ターマイトボールは物理的に卵に擬態すると同時に、β−グルコシダーゼを生産することによってシロアリの卵に化学的にも擬態していることを明らかにしました。β−グルコシダーゼはシロアリの卵と唾液にも含まれており、単体でも強力にシロアリの卵保護行動を誘発することが分かりました。
 この成果は、菌類が昆虫の社会行動を化学的に操作することを世界で初めて明らかにしたものであり、昆虫と微生物の多様な関係を理解する上できわめて重要な発見です。また、酵素としての一次的機能をもつ化学物質を二次的にフェロモンとして利用するように進化していることから、生物のフェロモンの進化プロセスを解明する上でも重要な意味を持ちます。さらに、β−グルコシダーゼとリゾチームを主成分とする人工フェロモンを用いて、擬似卵をシロアリの巣の中に運搬させることが可能となりました。この擬似卵に殺虫剤を含ませたものを用いて効果的にシロアリを駆除できる新技術がいよいよ実現可能なものとなりました。
 本研究は、独立行政法人 農業・食品産業技術総合研究機構 生物系特定産業技術研究支援センターの実施する「新技術・新分野創出のための基礎研究推進事業」(プログラムディレクター:門馬信二理事)の委託研究課題「シロアリの卵運搬本能を利用した駆除技術の開発」(平成16〜20年度)で行われたものです。
 本研究成果の詳細は、12月25日付けで米国の科学雑誌「Current Biology」オンライン版に掲載されます。

【注:シロアリの行動様式と卵認識フェロモン】
シロアリの働きアリは女王の産んだ卵を認識し、それを育室に運搬して山積みにし、毎日表面を舐めて抗菌物質を含む唾液でコーティングしています。この卵保護行動により卵は乾燥と病気の感染から守られています。シロアリは卵の形状とサイズ、および卵表面の化学物質により卵を認識しており、この卵運搬・保護行動を誘発する化学情報物質を卵認識フェロモン(Termite Egg Recognition Pheromone, TERP)と呼びます。

【論文題目】
 Cuckoo fungus mimics termite eggs by producing the cellulose-digesting enzyme ?-glucosidase
Current Biologyオンライン版(  月  日付け)
 「シロアリの卵に擬態する菌核菌はセルロース分解酵素β−グルコシダーゼで卵に化学擬態する」

【問合わせ先】
[研究代表者]      
岡山大学大学院環境学研究科昆虫生態学研究室 松浦 健二
〒700-8530 岡山市津島中1−1−1
Tel& Fax: 086-251-8379
E-mail: kenjijpn@cc.okayama-u.ac.jp

[事業担当者]
独立行政法人農業・食品産業技術総合研究機構
生物系特定産業技術研究支援センター
新技術開発部 基礎研究課  咲花茂樹 
〒105-0001 東京都港区虎ノ門3-18-19 虎ノ門マリンビル10階
Tel: 03-3459-6569  Fax: 03-3459-6594  URL:http://brain.naro.affrc.go.jp/tokyo/


補足説明資料
【研究の背景・ねらい】
シロアリの職蟻は女王の産んだ卵を認識し、育室に運搬して世話をする習性をもつ。自分たちの卵を識別して保護する行動は、最も基本的な社会行動の一つである。近年、松浦らによりシロアリの卵に擬態して巣の中に生息する卵擬態菌核菌(ターマイトボール)(注)が発見され、シロアリの卵保護行動を誘発する卵認識フェロモン(TERP)に注目が寄せられていた。これまでの松浦らの研究から、TERPの主成分として抗菌タンパク質のリゾチームが特定されていた。しかし、ターマイトボール自体はリゾチームを生産しないため、なぜ卵としてシロアリに運搬され保護されるのか謎であった。また、リゾチーム単独ではTERPとしての活性を完全には説明できないことから、他にも構成成分が存在する可能性を残していた。
昆虫を化学的に操作して社会寄生する菌類は、これまで世界でも他に知られておらず、ターマイトボールの化学擬態メカニズムの解明は、この全く新しい昆虫と菌類の相互作用を理解する上で最重要課題であった。卵保護行動はシロアリにおける社会進化の出発点であり、この行動を誘発するフェロモンの同定は、社会の起源と進化を探る上でも重要である。また、シロアリは木材中に生息するため、殺虫剤を導入し難く、最も駆除が困難な害虫のひとつであるが、シロアリの卵認識フェロモンを塗布した擬似卵を用いて、巣内に効率的に殺虫活性化合物を導入し、生殖中枢を破壊することが可能となる。学術的にも応用的にも、TERPとターマイトボールの化学擬態物質の解明が待望されていた。

注:シロアリ卵擬態菌核菌(ターマイトボール)
シロアリの卵に物理的・化学的に擬態した菌核を作り、シロアリに運搬・保護させるFibularhizoctonia属の菌核菌。擬態は高等動植物において幅広く見られるが、菌類の擬態はこれが世界初の発見である。この菌核菌はシロアリの卵運搬本能を巧みに利用してシロアリをコントロールしている。シロアリは卵の物理的特徴(形状、サイズ)と卵認識フェロモンによって卵を認識しており、卵擬態菌核菌は厳密な物理的、化学的擬態によって巣内に運搬・保護される。

【成果の内容・特徴】
1) 遺伝子組み換えカイコを用いてシロアリリゾチームを生産し、アフィニティー精製したものを用いて卵認識フェロモンとしての活性を測定したところ、ニワトリ卵白リゾチームのTERP活性と有意な差はなく、シロアリ卵から抽出したフェロモンよりも低い活性しか示さなかった。そのため、TERPの成分としてリゾチームの他にも重要な物質が存在することが示唆された。

2)シロアリの卵抽出成分と同じく、シロアリの唾液酵素に高いTERP活性が検出された。様々な種のシロアリから唾液酵素を抽出し、ヤマトシロアリに対するTERP活性を調べたところ、どれも同等の高い活性を示した。さらに、シロアリの祖先は材食性のゴキブリであることから、材食性のオオゴキブリの唾液についても調べたところ、高いTERP活性が検出された。つまり、これらの成分は材食性の祖先的段階、社会性の進化以前から卵認識フェロモン以外の機能で唾液中に存在している物質であることが判明した。

3)ターゲットのフェロモンタンパク質が、シロアリと材食性ゴキブリに共通の唾液酵素であり、さらに腐朽菌の仲間であるターマイトボールが生産できる可能性が高いことから、セルロース分解酵素に焦点が絞られた。シロアリの唾液に含まれるセルロース分解酵素の一つβ−グルコシダーゼに、リゾチームを凌ぐ高いTERP活性が認められ、シロアリの卵にもβ−グルコシダーゼが検出された。

4)ターマイトボールもβ−グルコシダーゼを生産していることが明らかになった。β−グルコシダーゼを有するターマイトボールはシロアリに卵として保護されたが、培地条件を変えてβ−グルコシダーゼの生産を抑制したところ、シロアリは保護しなかった。つまり、ターマイトボールはβ−グルコシダーゼによって卵に化学擬態していることが明らかになった。

【成果の意義と今後の展望】
1) 、菌類が昆虫の社会行動を化学的に操作することを世界で初めて明らかにしたものであり、昆虫と微生物の多様な関係を理解する上できわめて重要な発見である。
2)シロアリは酵素としての一次的機能をもつ化学物質を二次的にフェロモンとして利用するように進化していることから、生物のフェロモンの進化プロセスを解明する上でも重要な意味を持つ。
3)リゾチームとβ−グルコシダーゼはどちらもβ1,4グルコシド結合を加水分解する酵素であることから、今後フェロモンとしての認識メカニズムを探る上で重要な意味を持つと考えられる。
3)シロアリの卵認識フェロモンの主成分としてリゾチームに次いでβ−グルコシダーゼが特定されたことで、人工フェロモンによってより強力にシロアリの社会行動をコントロールすることが可能となった。擬似卵運搬によるシロアリ駆除技術など、革新的な応用技術に繋がるものと期待される。




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