産総研：研究ハイライト共生細菌のちからで害虫が農薬に強くなる助け合いの仕組みを解明

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共生細菌のちからで害虫が農薬に強くなる
助け合いの仕組みを解明

共生細菌による農薬解毒を宿主昆虫が助けていた

生物プロセス研究部門菊池義智

環境創生研究部門佐藤由也

掲載日：2021/11/10

昆虫と共生細菌が助け合って農薬を解毒する仕組みを解明

害虫カメムシの腸内の共生細菌について、農薬の解毒に不可欠な遺伝子を特定した。共生細菌はこの遺伝子の働きで、カメムシの体内に入った農薬を分解する。農薬の分解産物は共生細菌自身に毒性を持つが、カメムシは速やかにこれを体外に排出する。その結果、共生細菌は農薬を解毒する一方、分解産物ができてもカメムシの体内で生存できる。この発見により、共生細菌の農薬分解遺伝子を標的にした新たな害虫防除法の可能性が開けた。

昆虫と共生細菌との農薬解毒に関わる関係のイメージ図 — 昆虫と共生細菌との農薬解毒に関わる関係

新しい農薬・殺虫剤の開発のため、害虫が薬剤への抵抗性をもつメカニズムの解明が必要

農作物の栽培や衛生的な環境を守るため、昆虫を駆除する農薬や殺虫剤が使用されるが、単一の農薬を連続して使用すると、それに抵抗性を持つ害虫が出現することがある。これは、昆虫自身の遺伝子変異により、農薬の標的となるタンパク質の構造が変化することが原因とされる。さらに最近は、昆虫体内の共生細菌が農薬の解毒に重要な役割を果たしていることもわかってきた。しかし、これまで共生細菌を介した農薬の解毒の仕組みは解明されていない。

農薬解毒過程で、害虫と共生細菌が相互作用していることを発見

害虫の一つ、カメムシの腸内で共生細菌がどのように農薬を解毒しているかを調査し、解毒に不可欠な共生細菌の遺伝子を特定した。共生細菌はこの遺伝子の働きで、害虫の体内に入った農薬を分解する。しかし、農薬の分解産物は共生細菌自身に毒性を持つことがわかった。この物質は宿主である害虫には無毒であり、害虫は速やかにこれを体外に排出する。その結果、共生細菌は農薬を解毒する一方、分解産物ができても害虫の体内で生存し続けることができる。

農薬抵抗性の原因遺伝子の機能発現を阻害する物質の探索

農薬への抵抗性の原因となる遺伝子が特定されたことから、今後は、この遺伝子を標的とした抵抗性を阻害する物質のスクリーニングを進め、農薬分解菌による害虫の農薬抵抗性の獲得を未然に防ぐ研究開発を進める。また、害虫カメムシにおける農薬分解産物の排泄に関わる遺伝子を調査し、共生細菌と宿主昆虫の相互作用によりともに生存する仕組みを破綻させる技術の研究開発を進める。