「ポストゲノム時代の害虫防除研究のあり方」

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公開シンポジウム

「ポストゲノム時代の害虫防除研究のあり方」

第２回次世代農薬への挑戦

−抵抗性機構の解明と環境調和型殺虫剤の開発−

講演要旨集

開催日：平成 21 年 7 月 24 日

場所：秋葉原コンベンションホール 5B

主催：（独）農業生物資源研究所、（独）農業環境技術研究所

(2)

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はじめに

カイコは産業上の重要な昆虫であるとともに、大きな被害をもたらす鱗翅目農業害虫のモデル生物でもあります。農業生物資源研究所では、カイコゲノム研究を推進し、全ゲノム塩基配列情報、連鎖地図、BAC 物理地図、発現遺伝子情報等が統合されたデータベースの整備を進めて、データの利用が可能になっています。また、国外においてはアブラムシや寄生蜂など農業上重要な昆虫種のゲノム解読も行われています。以上のような状況を背景にして、カイコおよび他種昆虫のゲノム情報の活用による、環境負荷の低い新しい害虫防除手法の実現の可能性が急速に高まっています。

そこで、独法、大学、県、民間に所属する研究者が、それぞれの立場で情報の提供と収集を行い、害虫防除に関わる農業現場のニーズ、社会的ニーズ、技術的ニーズ及びシーズを相互に把握し、ゲノム情報から害虫防除の実現に至る研究開発の道筋を検討することを目的に、２回にわたってシンポジウムを開催致します。

第２回次世代農薬への挑戦−抵抗性機構の解明と環境調和型殺虫剤の開発−

プログラム・目次

9：50 - 10：00

開会挨拶

10：00 - 10：40

講演１．カイコゲノム研究の現状と害虫防除研究への展望

農業生物資源研究所山本公子・・・・ 1-4

10：40 - 11：20

講演２．ポストゲノム時代のアブラムシ防除研究

−抵抗性の発達を追い越せるのかー

農業環境技術研究所鈴木健・・・・5-10

11：20 - 12：00

講演３．アジア地域イネウンカ類の殺虫剤抵抗性の現状と今後の課題

農研機構・九州沖縄農業研究センター松村正哉・・・・11-16

12：00 - 13：00

昼食

13：00 - 13：40

講演４．カイコゲノム情報を利用した

BT

剤抵抗性メカニズムの解明と

対抗技術開発の可能性

農業生物資源研究所宮本和久・・・・17-26

13：40 - 14：20

講演５．リアノジン受容体をターゲットとする新たな殺虫剤の開発

日本農薬株式会社総合研究所正木隆男・・・・27-30

14：20 - 15：00

講演６．神経作用性制御剤のターゲット：ゲノム情報，多様化および調節近畿大学農学部松田一彦・・・・31-34

15：00 - 15：20

休憩

15：20 - 16：00

講演７．RNAi を利用した非モデル昆虫での新規害虫制御ターゲットの探索

名古屋大学大学院生命農学研究科三浦健・・・・35-38

16：00 - 16：40

講演８．昆虫ホルモン作用メカニズムの解明と

IGR

開発への利用

農業生物資源研究所篠田徹郎・・・・39-42

16：40 - 17：10

総合討論

17：10 - 17：20

閉会挨拶

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１

カイコゲノム研究の現状と害虫防除研究への展望

（独）農業生物資源研究所昆虫ゲノム研究・情報解析ユニット山本公子

はじめに

昆虫全般のゲノム研究の現状については、4 月

24

日に開催された第１回シンポジウムにおける、農業生物資源研究所野田博明博士の講演で、的確に整理されているので、ここでは、

対象をカイコに絞って、そのゲノム研究の成果を詳細に述べる。その上で、ゲノム研究と害虫防除研究を今後どのように結びつけていくべきか探っていきたいと思う。

カイコゲノム研究は、開始当初から目的の一つに大規模被害をもたらす鱗翅目農業害虫のモデル昆虫として位置づけられており、ハスモンヨトウやコナガへの展開は比較的考えやすい。しかし、農業害虫は、非常に多くの種類があり、近年、殺虫剤抵抗性が問題になりつつあるトビイロウンカや現場からのニーズが高いアザミウマ等の微小害虫に対して、ゲノム研究的アプローチをどう考えるべきかについて、多くの方からの意見を伺えれば幸いである。

カイコゲノム研究のこれまでの進捗

以下にカイコゲノム研究における主要な成果を要約して示す。

１．ゲノム塩基配列解析

・2004年に日本

¹⁾

と中国

²⁾

各々からの全ゲノムショットガン塩基配列公開

・2008年両国のデータを統合した8.48倍のシーケンスサイズデータを再アセンブル

³⁾

・ゲノムサイズ（475 Mb）の91%に相当する432 Mbのアセンブリデータ

・N50スキャフォルドサイズは、3.7Mb

・多くのtransposable elementを含んでおり、43.6%がリピート配列

⁴⁾

２．地図情報

BAC物理地図

・カイコBACライブラリー（81,024クローン）の整備と両末端塩基配列解析⁵⁾

・フィンガープリント法による物理地図の構築

・ミニマムタイリングBACの構築

SNP連鎖地図

・2,256個のBACマーカーが座乗した高密度一塩基多型（SNP）連鎖地図の構築

^6,7)

・28本の染色体に対してゲノムの87.4%に相当するアセンブリスキャフォルドを添付３．発現遺伝子解析

・EST（36ライブラリー）の整備、3万5千クローンの塩基配列決定

⁸⁾

・完全長cDNAライブラリー（20ライブラリー）の整備、1万クローンの塩基配列決定

・カイコマイクロアレイ（44K,13,000遺伝子）の整備４．データベース

・カイコ統合化データベース

KAIKObase（図１）の整備・公開

・KAIKObase とカイコ・プロテオームデータベースの統合

・カイコ・トラップデータベースを構築

⁹⁾

し、KAIKObaseと統合

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２

・カイコ完全長

cDNA

によるカイコゲノムアノテーションの開始

図1.KAIKObaseの画面例

カイコゲノムの特徴

上記の様々な解析から得られたデータにより、以下のようなカイコゲノムに特徴的な情報が明らかになった。

１．絹の成分であるセリシンとフィブロインの合成に係わる特定のtRNA遺伝子がクラスターを形成しており、大量の絹生産に適応したゲノム構造をとっていることがわかった。

２．カイコは動物からは発見されていなかったβ-フルクトフラノシダーゼを有しており、カイコの餌であるクワに高濃度で含まれるアルカロイド系の糖代謝阻害物質を分解し、糖代謝阻害を受けることなく糖の利用ができる。カイコは水平移動によって、この遺伝子を細菌から獲得したものと推定される。

３．カイコは他の昆虫に比べて味覚受容体の数がかなり少ないことが判明し、これはカイコがクワ単食であることや人為的にクワを与えられるという家畜化が関係しているためではないかとの推測がされている。

４．クチクラタンパク質遺伝子の構造解析から、遺伝子クラスターの存在や進化的に早い段階での構造上異なるクチクラ遺伝子の分岐などが示唆されている。

カイコゲノム研究がもたらすもの-成果と注意点１．ヒト型糖鎖構造を持つタンパク質の大量生産

カイコの持つ糖鎖遺伝子が網羅的に解析され、カイコタンパク質の糖鎖構造決定機構の

(7)

３

解明が進行中であり、カイコでヒト型タンパク質生産への道がみえてきた。

２．各種突然変異遺伝子の同定

ゲノム情報を利用して、形質変異体の原因遺伝子（黄体色lem

^10）

、赤蟻ch

¹¹⁾

、油蚕ow

¹²⁾

、黄血Y

¹³⁾

など）が同定された。また、カイコ膿核病ウイルスに対する抵抗性遺伝子

¹⁴⁾

をはじめ、重要な遺伝子のクローニングが進んでいる。現在、20以上の遺伝子のポジショナルクローニングが進んでおり、10個近くの遺伝子が同定されつつある。これらの遺伝子機能の解明から、組換えカイコを作出するための新しいベクターの作出や、ジーンターゲッティングなどの遺伝子改変技術の開発、および、抵抗性メカニズムの解明や昆虫特異的な性質の解明への手がかりが得られるものと期待される。

３．この他、既に論文化されているもので以下のカイコ研究分野へ貢献がみられた。マイクロRNA、性染色体、核多角体病ウイルス（NPV）、免疫関連遺伝子、ジンクフィンガータンパク質遺伝子、核内レセプター、神経ペプチド遺伝子等の構造ならびに機能研究。

４．世界中からのカイコゲノムデータベースの利用

データベースを公開し、論文も発表したことで、

KAIKObaseへのアクセス数が増加してお

り、平成20年度のアクセス数は1,500万件を超えた。特に、海外からのアクセス数の増加が目立つ。ゲノム情報は即時公開が原則であるので、成果の活用は国際規模で早い者勝ちになる。

カイコゲノム研究の今後の課題

・最重要課題；カイコゲノムシーケンスのアノテーション

完全長cDNAデータベースをさらに充実させる。

国際コンソーシアムを組織して取り組む。

・RNAi、ジーンターゲッティングなど、より簡便な遺伝子機能解析手法の開発

・重要機能遺伝子の同定→農薬の標的タンパク質などの遺伝子機能解析

・KAIKObaseを軸に他の鱗翅目昆虫ゲノム情報を取り込んだデータベースの構築

これからの害虫防除研究とゲノム研究

１．次世代シーケンサーがもたらすもの — これまでとは桁違いの情報が得られる

ゲノム研究の分野では、ここ数年、大きな変革が進行している。次世代シークエンサーと総称される新手の塩基配列解析装置が開発され、続々とデータが産出され始めた。次世代シークエンサーは、連続解読塩基長が50bp程度のものと400bp程度に大別され、少々乱暴に説明すると、従来型のサンガー法と比べて、コスト、時間両面で、前者は100倍、後者でも10倍以上のパフォーマンスを持っている。しかも未だ進化をつづけており、数年後には、さらにパフォーマンスの向上した第３世代シークエンサーが登場する可能性がある。

昆虫においても、今後数年間で、世界中の研究機関からこれまでとは桁違いに多いゲノム情報が公開されると思われる。このような状況に対処するには、膨大な情報を迅速に収集し、

必要とする研究者が活用可能なデータベース環境を早急に整えることが、最低限必須である。

しかし、日本国内の重要害虫に関して、研究者に有用で、産業利用につながる情報を最速で獲得するためには、ターゲットや優先順位を考慮して選別した上で、効率的に必要な情報を得ることが必要であろう。このことは、特許戦略や研究の優位性を確保する上でも重要である。

２．ゲノム情報を害虫防除研究にどう利用するか — 必要な情報の優先順位は？

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４

第１回シンポジウムでの参加者アンケートの結果では、身近で一番問題になっている害虫の種類は？の問いに半数近くが微小害虫を選んでいる。一方で、微小害虫の分子生物学的研究や遺伝学的研究はこれまであまり進んでいない。ゲノム情報が得られたとしてもそれを活用するには、ターゲット害虫の研究基盤が整っていることが必要であり、現状のままゲノム研究を先行させてもデータの持ち腐れになりかねない。上述したカイコはモデル昆虫であるため、フルセットのゲノム情報が必要であったが、害虫ゲノム研究では、解析する情報の種類を限定した上で、ターゲット数を増やす方が有効かもしれない。そうなった場合、情報やターゲットの優先順位はどうすべきか。このような、害虫ゲノム研究のあり方をいろいろな角度から検討する場を立ち上げ、一刻も早く進むべき方向を定めることが緊急の課題であると考える。ゲノム情報の津波警報は既に出されている。迅速かつ万全な対策をたてなければ、

その波に溺れてしまうかもしれない。

図２.第１回シンポジウム時のアンケート調査結果

引用文献

（1）Mita et al. (2004) DNA Research, 11, 27-35

（2）Xia

et al.(2004) Science 306, 1937-1940

（3）The Internatioal Silkworm Genome Consortium (2008) Insect Biochem. Mol. Biol. 38:

1036-1045

（4）Osanai-Futahashi et al. (2008) Insects Biochem. Mol. Biol. 38: 1046-1057

（5）Yamamoto et al. (2006) Genetics 173, 151-161

（6）Yamamoto et al. (2008) Genome Biology 9, R21

（7）Suetsugu et al. (2007) BMC Genomics 8, 314

（8）Mita et al. (2003) Proc. Natl. Acad. Soc. USA 100, 14121-14126

（9）Uchino et al. (2008) Insect Biochem. Mol. Biol. 38: 1165-1173

（10）Meng et al. (2009) J. Biol. Chem. 284: 11698-11705

（11）Futahashi et al. (2008) Genetics 180: 1995-2005

（12）Ito et al. (2009) Insect Biochem. Mol. Biol. 39: 287-293

（13）Sakudoh et al. (2007) Proc Natl Acad Sci U S A 104, 8941-8946

（14）Ito et al. (2008) Proc. Natl. Acad. Sci. USA 105: 7523-7527

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５

ポストゲノム時代のアブラムシ防除研究

－抵抗性の発達を追い越せるのか－

農業環境技術研究所生物多様性研究領域鈴木健

はじめに

アブラムシは、日本だけでも約

700

種知られており（松本, 2008）、このうち約

200

種が農林害虫に数えられる（浜, 1992）。アブラムシは概してとても小さく、軟弱な虫だが、増殖力が非常に旺盛で、植物病原ウィルスの伝搬などによって農業生産に大きな被害を与えることから重要な防除対象となっている。アブラムシの生活環は極めてユニークかつ巧妙で（図１）、寄主転換、翅型転換、生殖様式転換など、生態・形態・生理を様々に切り換えて環境変化に適応していく。アブラムシをさらに厄介ならしめているのは殺虫剤抵抗性の問題である。これまでに様々なタイプの殺虫剤に次々に抵抗性を発達させ、防除が非常に難しい「抵抗性害虫のエリート」と呼ばれるようになった（浜, 1992）。ネオニコチノイド系殺虫剤の登場で現在「エリート」の影は薄い状態になっているが、過度の依存はまた新たな抵抗性の発達をもたらすのではないか・・・との危惧は拭えない。

ここ数年の間に、様々な昆虫のゲノム解読、発現遺伝子解析が急速に進められてきたが、

寄主転換

翅型転換

生殖様式転換

※この生活環になじまないアブラムシも多い。同一種内でも系統間で異なる場合がある。アブラムシの生活環の特徴的な部分をほとんど含む一例と考えていただきたい

夏

秋冬

卵

♂

卵生♀

胎生♀

有翅胎生♀

（移動虫）

胎生♀

有翅胎生♀

（移動・分散）

一次寄主（冬寄主）

通常木本

二次寄主（夏寄主）

通常草本

幹母胎生♀

産雌♀

（移動虫）

春

図１アブラムシの生活環

(10)

６

アブラムシに関しても例外ではない。遺伝子レベルでの抵抗性発現機構の理解が進む中、抵抗性問題解決にゲノム情報を利用しない手もないと思われるが、では、果たしてどのように利用し得るのか考えてみたい。

アブラムシの殺虫剤抵抗性

第二次世界大戦後の有機合成殺虫剤（以降「殺虫剤」）の登場以来、アブラムシの防除にも主として殺虫剤が使われてきた。長い間、アブラムシは感受性の高い（殺虫剤がよく効く）

虫と認識されていたが、1980 年頃からモモアカアブラムシ、ワタアブラムシで有機リン剤やカーバメート剤に対する抵抗性が目立つようになり（浜, 1987）、1980 年代の終わりごろには代替薬剤としてよく効いていたピレスロイド剤にまで高度の抵抗性が確認され（森下・東,

1990；西東, 1990）

、防除が非常に困難になった。1990 年代に入って登場した新規作用メカ

ニズムを有するネオニコチノイド系殺虫剤は、従来型の殺虫剤に抵抗性を発達させたアブラムシにも優れた効力を示し、アブラムシの抵抗性問題は今のところ沈静化しているといった状況である。ネオニコチノイド系殺虫剤の登場は、これまでに無い作用機構を有する新たな殺虫剤の開発が抵抗性問題解決の即効性のある強力な手段であることを明白に示した。しかしながら、タバココナジラミやコロラドハムシですでにネオニコチノイド系殺虫剤抵抗性が確認されており（Nauen and Denholm., 2005)、モモアカアブラムシそのものにおいても薬剤の種類によっては系統間で感受性に

100

倍もの差が見られる（Foster et al., 2008）ことが報告されている。幸い、まだアブラムシについては圃場レベルで明らかなネオニコチノイド殺虫剤抵抗性は確認されていないが、警戒を怠るべきではないだろう。

アブラムシは経済上非常に重要な害虫であるため、

抵抗性発達のメカニズムに対する関心

も高く、分子生物学的レベルでの解明がもっとも進んでいる虫のひとつといって差し支えない。特に、モモアカアブラムシに関してはイギリスで半世紀も前から先駆的な研究がなされてきた。抵抗性のモモアカアブラムシでは、解毒分解酵素の一種カルボキシルエステラーゼ

（CE）が体内で大量に生産され、有機リン剤、カーバメート剤、ピレスロイド剤に対する抵抗性の原因となっている（Devonshire and Moores, 1982）。この

CE

の過剰生産は構造遺伝子のコピー数が倍々と増幅したためである（Field et al., 1999）。さらに、ピリミカーブなどカーバメート剤の一部に対する抵抗性には標的酵素アセチルコリンエステラーゼ（AChE，2 種あるうちの一方のみ）の変異が、ピレスロイド剤抵抗性にはナトリウムチャンネルの構造変異（

kdr

因子）が(Martinez-Torres et al., 1999）関わっていることが明らかにされている。ワタアブラムシでは有機リン剤抵抗性に関してはやはり

CE

の生産量の増大が原因で、抵抗性系統では感受性系統が持つ

CE

の２カ所のアミノ酸が置換した変異型の

CE

が特異的に過剰生産されている（Suzuki, 未発表）が、モモアカアブラムシの場合とは違ってこれは転写活性の上昇によるらしい（Cao et al., 2008）。ピリミカーブなどカーバメート剤に対する抵抗性には

AChE

の構造変異が（Toda et al., 2004；Andrews et al., 2004）、ピレスロイド剤抵抗性には

kdr

因子が関わっている（土

′

田・駒崎, 2002）ことはモモアカアブラムシと同様である。

アブラムシの遺伝子データベース

他の昆虫の例に漏れず，アブラムシの遺伝子データベース（全ゲノム、EST）も「急激に」

充実してきている。数年前なら

Blast

サーチであっさり

“no hits found”

と切り捨てられてい

た配列に対して、今改めてサーチしてみると何十もの

EST

が

hit

してきてむしろウザいほど

(11)

７

である。

アブラムシの中で全ゲノムの解読が行われているのはエンドウヒゲナガアブラムシのみである。

解読を行っている

“The International Aphid Genomics Consortium (IAGC)” の白書によると、

エンドウヒゲナガアブラムシを対象に選んだ理由は（ごく手短に要約すれば）、「扱いやすくてこれまで積み上げられてきた研究資産が豊富」ということである。白書では、アブラムシの殺虫剤抵抗性を適応現象の一つのモデルとして重視しており、

アブラムシゲノムが解読されることで、アブラムシ防除のための多くの新たな標的候補が発見されるだろうと述べている。

エンドウヒゲナガアブラムシのゲノム配列は

NCBI

でも公開されているが、AphidBase にショウジョウバエおよびハマダラカのゲノムデータベースとの照合による遺伝子機能のアノテーションに重点を置いた体裁になっている（図２）。

EST

はエンドウヒゲナガアブラムシの他、モモアカアブラムシ、ワタアブラムシ、ミカン

クロアブラムシ、ムギクビレアブラムシといったやはり農業害虫として重要な種について解析されており、

NCBI

への登録数は各々、

169599、27686、8344、4304、458

となっている（2009.7.6 調べ）。

アブラムシのユニークな生活環形成に関与する遺伝子探索の現状

前述したが、ネオニコチノイド系殺虫剤の例に見るように、新規な作用機作の（新規な標的に作用する）新たな薬剤の開発は殺虫剤抵抗性問題に対する強力な解決手段の一つである。

この意味で、アブラムシのユニークな生活環の形成に関与する遺伝子（の産物やそれが関与する生理反応）は新規性・特異性などの点からいって格好の標的候補になるだろう。アブラムシ遺伝子データベースの充実とともにマイクロアレイなどによるこれらの遺伝子の探索研究も数多く報告されてきている。ここでは、そのような研究の中からほんの一部を紹介する。

もちろん、これらの研究のすべてが新規な薬剤作用点の探索を第一目的としているわけではなく、純粋にアカデミックな興味が主であると思われるものも多いが、現時点では基礎志向も応用志向もまだ遺伝子探索という同じ車両に乗っている状態であると言える。

① 寄主適応

Ramsey

ら（2007）は、モモアカアブラムシの消化管で他器官に比べ特に発現の多い遺伝子

の一つをタンパク分解酵素の一種カテプシン

B

遺伝子と同定した。さらに、この遺伝子の塩基配列に、タバコを寄主として選好する系統とそうでない系統との間で複数の（アミノ酸置換を伴うものも含む）一塩基多型（Single Nucleotide Polymorphisms; SNPｓ（スニップス））を見いだした。この酵素が植物の阻害物質を回避するように進化することでモモアカアブラムシの新しい寄主に対する適応に関わっているのではないかと推測している。

図２ AphidBaseのホームページ

(12)

８

② 翅型

Ghanim

ら（2006）はモモアカアブラムシの無翅型と有翅型の発現遺伝子をマイクロアレイ

で比較し、有翅型で発現の増大している遺伝子の中から

ATP

代謝に関わる酵素（Adenine

Nucleotide Translocase; ANT）

、他の昆虫においてフェロモン等の化学的受容に関わるとされるタンパク質（OS-D like protein）、ショウジョウバエの概日時計変異体で最初に発見さ

れた

Takeout

と呼ばれるタンパク質の遺伝子と相同性のある遺伝子を同定した。Takeout は

疎水性の低分子物質を結合して輸送する分泌タンパクの一つで

JH

結合タンパクと同じファミリーに属する。アブラムシの翅型制御への

JH

の関与は随分昔から取りざたされてはいたが、

今ひとつ決定打に欠けたまま今日に至っている。Takeout はこのあたりに関係があるのかないのか、今後の展開に興味が持たれる。

③ 生殖様式

アブラムシの有性世代は主として秋に日長が短くなることで誘導される。Ramos ら（2003）

は、長日条件あるいは短日条件で飼育した同一系統のエンドウヒゲナガアブラムシで発現量の異なる遺伝子をディファレンシャルディスプレイ法で探索し、短日条件下で発現が増大する遺伝子として

GABA

作動性ニューロンのアミノ酸トランスポーター遺伝子を同定した。光周期情報の伝達に関与し、有性型分化の引き金を引いているではないかと推測している。

④ 遺伝子ノックダウン

ある遺伝子が何らかの表現型の形成に関わっていることを証明するには、その遺伝子が発現しない状態を作ってやって、その後の表現型にどのような影響が出るかを調べるのが一般的であろう。アブラムシでは遺伝子ターゲティング（「ノックアウト」）の技術は確立されていないが、RNAi を用いた遺伝子「ノックダウン」に関していくつかの報告がある。

Jaubert-Possamai

ら（2007 ）はエンドウヒゲナガアブラムシの全身で発現している

calreticulin

遺伝子と消化管で特異的に発現している

cathepsin L

遺伝子に対する

300~400mer

の

dsRNA

をマイクロインジェクションし、5 日目で約

40%発現が抑制されたとし

ている。目的が

RNAi

のモデル実験だったこともあり、その後の表現型の変化は観察されなかったそうである。

Mutti

ら（2008）はエンドウヒゲナガアブラムシの唾液腺でもっとも多量に発現している

C002

と命名したタンパク質の遺伝子に対する

siRNA（ほぼ全長の dsRNA

をインビトロで切断

した

21~23mer

の混合物）をインジェクションし、3 日目以降ほぼ完全に発現が抑制されたこ

とを報告している。siRNA をインジェクションされたアブラムシでは、師管の探索行動が抑制されるとともに、たとえ吸汁を始めたとしても長続きせず（対照群の

50

分の

1

以下）、寿命も著しく短くなることを観察している。

残念なことに、上記①～③で紹介した遺伝子のノックダウンに関する報告は出ていない。

これから続々と出てくるのか？それとも報告できるような結果が得られていないのか？今しばらく見守っていきたいところである。

終わりに

昆虫の場合に限らず抵抗性の研究は宿命的に後手に回らざるを得ない。抵抗性が問題にな

るのはある程度薬剤が効かなくなったことが認識されるようになってからであり、それから

感受性のものと抵抗性のものを比較して抵抗性のメカニズムを明らかにすることになる。こ

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９

の時点では抵抗性遺伝子を持った個体は相当な割合になっている。新規作用機構を持つ薬剤に対して始めから感受性個体の遺伝子と抵抗性個体の遺伝子をそろえて出すことはできないのである。こういった意味で新規薬剤に対して将来抵抗性が発達するか否かを予測するツールとしての遺伝子データベースの利用については言及しなかった(できなかった)。

抵抗性の発達を回避するには、よく言われるように、同じ作用機構の薬剤を効くからといって使い続けないことである。IPM の観点も取り入れ、様々な防除オプションを組み合わせたり、ローテーションしたりするのが望ましいだろう。その中で、これからもアブラムシの防除に殺虫剤は大きな役割を担うことになるだろうが、これもやはりなるべく多くの異なる作用機構のものを、抵抗性が発達する前に切り替えて使用できるような体制が必要だろう。

アブラムシゲノム研究が新しい標的オプションの探索にうまく生かされれば抵抗性の発達を追い越した防除が可能になる・・・かも知れない。かなり先は長いような気もするが、期待したい。

研究が役に立つか立たないかはなどということはひとまず置いといても，アブラムシってなかなかおもしろい生き物だとは思いませんか。

引用文献

松本嘉幸（2008）：アブラムシ入門図鑑，全国農村教育協会

浜弘司（1992）：害虫はなぜ農薬に強くなるか－薬剤抵抗性のしくみと害虫管理－，農文協浜弘司（1978）：植物防疫 41：159~164.

森下正彦・東勝千代（1990）：日本応用動物昆虫学会誌 34：163~165.

西東力（1990）：日本応用動物昆虫学会誌 34：174~176.

Nauen, R and I. Denholm （2005）

：Arch. Ins. Biochem. Physiol. 58：200~205.

Foster, S. P. et al.（2008）

：Pest. Manag. Sci. 64：1111~1114.

Devonshire, A. L. and G. D. Moores（1982）

：Pestic. Biochem. Physiol. 18：235~246.

Martinez-Torres, D. et al.（1999）

：Insect Mol. Biol. 8：339~346.

Cao, C. W. et al.（2008）

：Pestic. Biochem. Physiol. 90：175~180.

Toda, S. et al.（2004）

：Insect Mol. Biol. 13：549~553.

Andrews, M. C. et al.(2004)：Insect Mol. Biol. 13：555~561.

土

′

田・駒崎（2002）：平成

14

年度果樹研究成果情報.

Ramsey, J. S. et al.（2007）

：BMC genomics 8：423

Ghanim, M. et al.(2006)：Insect Biochem. Mol. Biol. 36：857~868.

Ramos, S. et al.（2003）

：Insect Biochem. Mol. Biol. 33：289~298.

Jaubert-Possamai, S. et al.（2007）

：BMC biotechnoloty 7：63.

Mutti, N. S. et al.（2008）

：Proc. Natl. Acad. Sci. USA 105：9965~9969.

(14)

１０

(15)

１１

アジア地域イネウンカ類の殺虫剤抵抗性の現状と今後の課題

農研機構・九州沖縄農業研究センター松村正哉

はじめに

アジア地域のイネを加害する主要なウンカ類には，トビイロウンカ，セジロウンカ，ヒメトビウンカの３種が存在する。このうち，トビイロウンカとセジロウンカは寄主植物がイネにほぼ限定されるため，イネの周年栽培が可能であるベトナム北部や中国最南端の海南島などが越冬可能な北限となっている。これらの地域より北に位置する中国大陸中南部，台湾，

日本，韓国など亜熱帯から温帯地域にかけては，これらの２種は，毎年，梅雨時期に前線に沿って発達する下層ジェット気流に乗って，越冬可能地から長距離移動する。一方，ヒメトビウンカは多くのイネ科植物を寄主として利用可能で，また休眠性を持つことから，中国，

台湾，日本，韓国などの温帯地域で周年発生することが可能である。

これらのイネウンカ類が水稲に及ぼす被害も種によって異なり，トビイロウンカは稲作後期に坪枯れと呼ばれる大きな被害を起こす。これに対して，セジロウンカは稲作後期の被害は少なく，成虫の産卵による葉鞘の褐変などが主な被害様相である。ヒメトビウンカは，直接の吸汁害は少ないものの，イネ縞葉枯病ウイルスを媒介することで，イネに大きな被害をもたらす。これらのイネウンカ類の防除対策として，フィリピンなどの熱帯地域では抵抗性品種の導入と在来天敵の働きを生かしたＩＰＭが普及している。在来天敵の働きが比較的弱い東アジア地域などの温帯では，殺虫剤による防除が主体となっている。

1990

年代中頃からネオニコチノイド系の殺虫剤が開発され，イネウンカ類の防除にも使われるようになった。これに伴い，日本におけるトビイロウンカとセジロウンカの発生面積は減少し（図１），2000 年代中頃までの間，東アジア地域全体でイネウンカ類の大発生はみられなかった。しかし，東アジア地域，とりわけベトナム，中国，日本において，

2005

年以降，

３年続きのトビイロウンカが多発生した（図１）。また，2000 年以降，中国，韓国，日本において，ヒメトビウンカとイネ縞葉枯病の発生量が増加傾向にあり，昨年からは，日本や韓国においても多発生が起こっている。これらイネウンカ類の多発生は，それぞれのイネウンカの薬剤抵抗性発達と大きく関係していることが明らかになった。本講演ではその概略と今後の課題について紹介する。

Ⅰ．アジア地域のトビイロウンカとセジロウンカの種特異的な薬剤抵抗性発達

トビイロウンカのイミダクロプリドに対する抵抗性発達は，東アジア地域では

2003

年にタイで最初に見つかり，その後東アジア地域の多くで

2005

年頃から報告されるようになった

（松村ら，2007）。薬剤抵抗性検定については，Wang Y. H. et al. (2008a,b)が中国国内のトビイロウンカ個体群について葉鞘浸漬法による

LC₅₀

値を報告しているが，微量局所施用法による調査事例はなかった。そこで，アジア地域イネウンカ類の薬剤抵抗性の現状を把握するために，

2006

年にベトナム北部（紅川流域），ベトナム南部（メコン川流域），フィリピン，

中国，台湾，および日本においてトビイロウンカとセジロウンカ個体群を採集し，微量局所施用法（福田・永田，1969）によって薬剤感受性検定を行った(Matsumura et al., 2008)。

イミダクロプリド，フィプロニル，チアメトキサム（トビイロウンカのみ），BPMC の４薬剤

を供試した。

(16)

１２ 0

20 40 60 80 100

1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005 2010

発生面積率 %

年次セジロウンカトビイロウンカ

図１．九州におけるイネウンカ類の発生面積率の年次変動（JPP-NET のデータから作図）

1992

年から

2003

年までに行われた調査によれば，ベトナム，中国，日本のトビイロウン

カのイミダクロプリドに対する

LD₅₀

値は

0.09～2μg/g

の範囲にあった（Endo & Tsurumachi,

2001; Liu et al., 2003a,b;永田・上室，2002；Nagata et al., 2002；平ら，2001）。しか

し，2006 年に日本，中国，台湾，ベトナムで採集したトビイロウンカの

LD₅₀

値は

2003

年以前に比べて高い値を示した（図２）。

LD₅₀

値が最も高かったベトナム南部では，1992 年に比べて約

240

倍の値であった。一方，フィリピンのトビイロウンカのイミダクロプリドに対する

LD₅₀

値は低く（図２），抵抗性発達は東アジア地域とインドシナ半島のみで起こっていると考えられた。トビイロウンカとは対称的に，セジロウンカのイミダクロプリドに対する

LD₅₀

値はいずれの個体群でも低く，抵抗性発達は起こっていなかった（図２）。

東アジアおよびベトナムのトビイロウンカのチアメトキサムに対する

LD₅₀

値は，フィリピンのものに比べて高く（図２），イミダクロプリドとの間に交差抵抗性が起こっているものと考えられた。しかし，ネオニコチノイド剤のうち，ジノテフランについては，イミダクロプリドとの間に交差抵抗性はみられなかった（Matsumura et al., 未発表）。

アジア地域のセジロウンカのフィプロニルに対する

LD₅₀

値はいずれの個体群でも高かった

（図２）。セジロウンカについては，微量局所施用法による過去のデータがないものの，セジ

ロウンカのフィプロニルに対する抵抗性発達は東アジアから東南アジア地域の広範囲で起こ

っているものと考えられた。

(17)

１３

図２．2006 年にアジア地域から採集したトビイロウンカ（左）とセジロウンカ（右）の各種薬剤に対する

LD₅₀

値 (Matsumura et al., 2008 より作図)

BPMC

については，トビイロウンカ，セジロウンカともに，地域による明瞭な差はみられなかった（図２）。

以上から，アジア地域のイネウンカ類は，トビイロウンカはイミダクロプリドに対して，

セジロウンカはフィプロニルに対して種特異的に抵抗性を発達させていることが明らかになった。日本に飛来するトビイロウンカとセジロウンカ個体群については，2005 年にこのような種特異的な薬剤抵抗性発達が認められ，その後

2008

年まで，抵抗性のレベルはほぼ同様の数値で推移している（松村ら，2007；Matsumura et al., 未発表）。

Ⅱ．種特異的な抵抗性発達の要因

ベトナム北部の紅河デルタ地域は，中国や日本に飛来するイネウンカの一次飛来源とされており，ここでのイネウンカ類の発生状況が，中国や日本での発生に大きく影響している。

紅河デルタ地域では，1990 年代後半から中国品種を用いたハイブリッド稲の栽培面積が増加しており，2002 年以降には栽培面積が

50

万

ha

を超えている。中国のハイブリッド稲はウンカに対する抵抗性を持たないため，セジロウンカ・トビイロウンカの増殖率が高い。中国において

1980

年代後半からセジロウンカが多発生したのもハイブリッド稲の栽培に関係が深いといわれている。多収・良食味等の品種への移行によってウンカの増殖しやすい稲を栽培することになり，その結果ウンカが多発し，それを抑えるために殺虫剤を多用している。このようなベトナム北部での稲作栽培の変化が，近年の東アジア地域でのトビイロウンカの多発生に大きく関与している。そして，多発生を抑えるためのイミダクロプリドを主体とした殺虫剤の多用が，薬剤抵抗性の発達を引き起こしたと考えられる。

種特異的な抵抗性発達の要因については，いくつかの可能性が考えられるが，その一つとして，殺虫剤散布対象害虫と散布時期の違いが考えられる。ベトナム北部の冬春作水稲では，

稲作後期にあたる５月から６月上旬に，トビイロウンカ防除のためにイミダクロプリドなど

(18)

１４

のネオニコチノイド系殺虫剤が散布される（図３）。一方，フィプロニルは４月上旬頃の稲作中期に，コブノメイガやメイチュウ類の防除のために散布される。この時期には水田にはトビイロウンカは少なくセジロウンカが多いため，セジロウンカのほうがフィプロニルの影響を受けやすい。このような薬剤の散布時期の違いが，種特異的な抵抗性発達を生み出した可能性がある。

４月５月

１月６月

移植収穫

トビイロウンカセジロウンカ

コブノメイガ，

メイチュウ類

フィプロニル

(Regent)

イミダクロプリドチアメトキサム

(Gaucho, Confidor, Actara)

図３．ベトナム北部（紅河流域）の冬春作水稲における殺虫剤散布対象害虫と散布時期

フィリピンではトビイロウンカの薬剤抵抗性発達はみられず，セジロウンカのフィプロニル抵抗性発達のみがみられた。この理由としては，フィリピンではトビイロウンカは現在も小発生傾向が続いており，イミダクロプリドがほとんど使われていないのに対して，多発しているメイチュウ類の防除にフィプロニルが多用されているためと考えられる。

異なる薬剤に対する種特異的な抵抗性発達の原因として，系統の異なる殺虫剤に対する作用機作の違いについても今後検討する必要がある。トビイロウンカのイミダクロプリド抵抗性については，その作用機作や遺伝子発現等に関する研究が，中国南京大学のグループを中心に精力的に進められている（Liu et al., 2003a,b，2005; Wen et al., 2009）。しかし，

セジロウンカのフィプロニル抵抗性発達メカニズムについては明らかにされていない。

ベトナム南部のメコンデルタ流域では，2005 年以降，トビイロウンカが媒介する２種のウイルス病（グラッシースタント病とラギットスタント病）の大発生が続いており，とりわけ殺虫剤が多用されている。この地域では，トビイロウンカのイミダクロプリドに対する

LD₅₀

値は，2007～2008 年にかけてさらに上昇を続けており(Matsumura et al., 未発表)，今後の動向に注意する必要がある。

Ⅲ．東アジア地域のヒメトビウンカの薬剤抵抗性の地域間差異

近年，ヒメトビウンカについても，中国や日本において薬剤抵抗性の発達が報告されている。Ma et al.（2007）は，2006 年に浙江省と江蘇省で採集したヒメトビウンカの薬剤抵抗性検定を行い，イミダクロプリドに対する感受性が大きく低下していることを報告している。

この背景には，2000 年以降の江蘇省を中心とするヒメトビウンカの多発生とイネ縞葉枯病の

流行を受けて，4 月中下旬の麦の出穂期と，イネの苗代および早植え本田の時期にイミダク

ロプリド水和剤を中心とした防除が行われていることがある（寒川，2005）。一方，フィプロ

ニル剤は価格が高く使用量が少ない（寒川，2005）ことからか，2007 年までの調査では，中

国において薬剤感受性の低下は報告されていない（Ma. et al., 2007；Wang et al., 2008）。

(19)

１５

これに対して，日本の九州地域では，福岡県（村上ら，2007)，熊本県（行徳ら，2008；西本ら，2008)，佐賀県（口木，2007）においてフィプロニルに対して感受性が低下した個体群の存在が報告されている。また，佐賀県では，ブプロフェジンに対する感受性低下も報告されている（口木，2007）。一方，イミダクロプリドに対する感受性の低下は，これまで日本では報告されていない。

ヒメトビウンカは日本で越冬可能であるため，薬剤抵抗性の発達にはその地域での薬剤使用履歴が大きく影響すると考えられる。薬剤抵抗性検定が行われた調査地点もそれほど多くない中で，画一的な区分はできないものの，上記の結果から，中国江蘇省を中心とした地域ではイミダクロプリド抵抗性が，九州の多くの地域ではフィプロニル抵抗性が，それぞれ発達しているものと考えられる。

このように，ヒメトビウンカの場合には，同じ種でありながら，国によって異なる薬剤に対する抵抗性発達がみられている。このような状況の中で，昨年から，中国から日本あるいは韓国などへ，５月下旬から６月上旬にかけてヒメトビウンカが大量に飛来する現象が起こっている（松村・大塚，2009；Otuka et al.，未発表）。このため，今後は薬剤抵抗性の異なる個体群の混在あるいは交配などが起こる可能性がある（Sanada et al., 未発表）。ヒメトビウンカの海外飛来とそれによって起こる新たな問題についての詳細は，松村・大塚 (2009) を参照されたい。

Ⅳ．今後の課題

これまで紹介したように，現在，アジア地域のイネウンカ類の薬剤抵抗性については，種によって，また地域によって大きく異なる状況にあり，今後も抵抗性発達がさらに進む可能性がある。このため，アジア地域各地で，相互に比較可能な手法で薬剤抵抗性モニタリングを行うことが重要である。本年５月に

IRRI（国際イネ研究所）において，イネウンカ類の薬

剤抵抗性モニタリングの情報ネットワーク確立に向けたワークショップとトレーニングコースが開催された。このトレーニングコースを通じて，今後，微量局所施用法を標準としてベトナム，中国，タイ，マレーシアの各国においてイネウンカ類の薬剤抵抗性モニタリングを行うこととなった。

現在，薬剤抵抗性のモニタリングは微量局所施用法をはじめとしたバイオアッセイによって行わざるをえないため，供試虫の増殖から結果を出すまでに時間がかかる。今後，薬剤抵抗性の遺伝的背景の解析を進めることによって，遺伝子配列を見ることによって薬剤抵抗性モニタリングが可能になるならば，発生予察が迅速化されるなどメリットは大きい。

冒頭に述べたように，イネウンカ類はアジア地域全体を長距離移動するため，発生時期や発生量を予測するためには，薬剤抵抗性等の形質が異なるウンカの広域移動動態の解析が必要となる。移動の検証の際には，地域個体群間の差異を遺伝子型の違いなどによって明瞭に区別できることが望ましい。このような研究を進める上でも，ウンカの遺伝子多型などの情報とともに，今後，薬剤抵抗性などのターゲット遺伝子の変異性解析も重要となるだろう。

引用文献

1) Endo, S. and Tsurumachi, M. (2001)：J. Pesticide Sci. 26: 82～86.

2) 福田秀夫・永田

徹 (1969)：応動昆 13: 142～149.

3) 行徳

裕ら (2008)：九病虫研会報(講要) 54 : 158.

4) 口木文孝 (2007)：第51

回応動昆大会講要: 84.

(20)

１６

5) Liu, Z. et al. (2003a)：Pest Manag. Sci. 59: 1355～1359.

6) Liu, Z. et al. (2003b)：J. Nanjing Agric. Univ. 26: 29～32.

7) Liu, Z. et al. (2005)：PNAS 102: 8420～8425.

8) Ma, C. Y. et al. (2007)：Chinese J. Rice Sci. 21: 555～558.

9) 松村正哉ら (2007)：植物防疫 61: 254～257.

10) Matsumura, M. et al. (2008)：Pest Manag. Sci. 64: 1115～1121.

11) 松村正哉・大塚

彰 (2009)：植物防疫 63: 293～296.

12) 村上英子ら (2007)：九病虫研会報(講要) 53: 133.

13) 永田

徹・上室剛 (2002)：植物防疫 56: 488～491.

14) Nagata, T. et al. (2002)：J. Asia-Pacific Entomol. 5: 113～116.

15) 西本佳子ら (2008)：九病虫研会報(講要) 54: 158.

16) 平

霄飛ら (2001)：九病虫研会報 47: 54～57.

17) 寒川一成 (2005)：農業技術 60: 405～409.

18) Wang, L. H. et al. (2008)：Acta Entomol. Sinica 51: 930～937.

19) Wang, Y. H. et al. (2008a)：J. Econ. Entomol. 101: 515～522.

20) Wang, Y. H. et al. (2008b)：Pest Manag. Sci. 64: 1278～1284.

21) Wen, Y. et al. (2009)：Pesticide Biochem. Physiol. 94: 36～42.

(21)

１７

カイコゲノム情報を利用した BT 剤抵抗性メカニズムの解明と対抗技術開発の可能性

農業生物資源研究所昆虫・微生物間相互作用研究ユニット宮本和久

はじめに

昆虫病原細菌

Bacillus thuringiensis

（

Bt

菌）は殺虫作用を示す数種類の毒素を産生する。そのうち代表的な毒素は

Bt

菌の芽胞形成時に作られるタンパク質の結晶体でありδ-内毒素あるいはクリスタルなどと呼ばれる。ここではこの毒素を

BT

トキシンと呼ぶことにするる。

BT

トキシンは結晶体のままでは殺虫活性はなく、感受性昆虫がこの結晶体を食下すると中腸消化液のアルカリ性とタンパク質分解酵素により可溶化と部分消化を受けて真の毒素となる。この活性化された毒素が中腸細胞に作用して細胞を破壊し、昆虫は死に至るとされている。

Bt

菌は

1960

年代初頭より微生物殺虫剤（BT 剤）として使用されはじめた(Tanada and Kaya,

1993)。さらに 1990

年代半ばからは遺伝子組換え技術により

BT

トキシンの遺伝子を組み込

んで耐虫性を獲得したトウモロコシやワタがアメリカを中心に商業栽培されはじめた。そして

2006

年には世界におけるその栽培面積が

1

億

6200

万

ha

以上に及んでいる(Tabashnik

et al., 2008)。

BT

剤は、当初、有機リン剤や合成ピレスロイド剤に対して抵抗性を獲得したアブラナ科作物の害虫であるコナガなどの防除剤として圃場や温室で盛んに使用されたが、

1980

年代後半から、BT 剤抵抗性のコナガが出現し問題となった(Tabashnik et. al. 1990)。我が国でも

1988

年に温室で栽培されていたクレソンでコナガの

kurstaki

系

BT

剤抵抗性発達が確認された(田中、木村 1991)。なお、この

BT

剤抵抗性獲得系統は

aizawai

系の

BT

剤に対しては交差抵抗性発達が認められなかったため、散布する

BT

剤の系統を換えるなどの対処方法がとられた。なお、現在は我が国におけるコナガの発生は減少傾向にあり、被害はあまり問題となっていないが、これには、BT 剤の他、ネオニコチノイド系、ピリミジン系、フェニルピラゾール系などの作用を異にする各種薬剤のローテーション散布も寄与しているものと考えられる。

一方、

BT

トキシンを発現させることで害虫耐性を付与された遺伝子組換え作物では薬剤散布をしないのが基本であるため、

BT

トキシン抵抗性害虫の出現はより深刻な問題である。このような状況を背景に、チョウ目昆虫を中心に害虫の

BT

剤あるいは

BT

トキシンに対する抵抗性や抵抗性発達の機構等に関する研究が海外で盛んに行われている。

ところで

Bt

菌はカイコに卒倒病を引き起こす細菌として

1901

年に我が国で石渡繁胤により世界に先駆けて報告された。また、本菌は蚕室の塵埃から高頻度で分離されるなど養蚕との関連も深い細菌である（Ohba

et al., 1979; 鮎沢, 1984）

。そのため、これまで我が国ではカイコ(

Bombyx mori)を用いたBT

トキシンの作用機構の研究が盛んに行われ、害虫における抵抗性機構究明にも少なからず寄与してきている。

演者らは現在、カイコのゲノム情報を用いて

BT

トキシン抵抗性遺伝子の究明を行っている。

そこでこの分野の研究の現状を報告すると共に、カイコゲノム情報を用いた抵抗性遺伝子究

(22)

１８

明の現状、および、今後の

BT

トキシン抵抗性メカニズム解明や対抗技術開発への貢献の可能性について述べたい。

1. チョウ目昆虫におけるBT

剤および

BT

トキシン抵抗性の発達

BT

剤は昆虫の病原細菌由来であるため、害虫の抵抗性は発達しにくいと考えられていたが、

1985

年に室内実験で貯穀害虫ノシメマダラメイガ(

Plodia interpunctella)で抵抗性の発達

が認められ（McGaughey, 1985)、その後、他のチョウ目害虫においても

BT

剤による選抜で抵抗性が容易に発達することが報告された。さらに、前述のように、農業現場に於いて、化学合成殺虫剤に対する抵抗性発達が問題となったコナガで

BT

剤抵抗性が発達した。一方、

抵抗性になった個体群で

BT

剤の散布を中止すると、十数世代で抵抗性はかなり低下することも明らかにされた（Hama

et al., 1992; Tabashunik et al., 1994）

。

コナガ以外で農業現場で

BT

剤抵抗性が発達した害虫としてはイラクサキンウワバ

(Trichoplusia ni)個体群がある(Janmaat et al., 2003)。この場合も温室から採集したウ

ワバを

BT

剤による選抜なしに継代すると急速に抵抗性は低下している。さらに、近年世界的に栽培されている、

BT

トキシンの遺伝子を組み込んだ遺伝子組換え作物に関しても、

BT

トキシンの一種である

Cry1Ac

を組み込んだ

BT

ワタに対するタバコガの近縁種(

Helicoverpa zea)の抵抗性が発達したとの報告がなされている（Tabashnik et al., 2008）

。

2. 交差抵抗性

BT

剤は複数の

BT

トキシンを含んでいる場合が多い。BT 剤製造によく使用される

B.

thuringiensis serovar. kursitaki HD-1

株が産生する結晶タンパク質は

Cry1Aa, Cry1Ab, Cry1Ac, Cry2Aa, Cry2Ab

の各

BT

トキシンを含んでいる。また、

B. thuringiensis serovar.

aizawai

に属する

HD-112

株の結晶タンパク質は

Cry1Aa, Cry1Ab, Cry1C, Cry1D, Cry1G

および

Cry2A

に属する未同定の

BT

トキシン計

6

種類のトキシンを含んでいる（McGaughey and

Johnson, 1994）

。HD-1 株や

HD-112

株に対して抵抗性を得た昆虫は複数の毒素に対して抵抗性になっている可能性も考えられる。実際に

HD-112

株に対して抵抗性になったノシメマダラメイガ系統は

Cry1Aa、Cry1Ab、Cry1Ac、Cry1B、Cry1C

および

Cry2A

トキシンに対する抵抗性が、対照系統に比べ数倍から数十倍強くなっていた（McGaughey and Johnson, 1994）。一方、１種類の

BT

トキシンで選抜したにもかかわらず複数のトキシンに対して抵抗性を獲得した例もある。コナガでは、

Cry1Ca

による選抜で

Cry1Ca

に

1090

倍抵抗性になった個体群は

Cry1Aa、Cry1Ab、Cry1Ac、Cry1Fa

および

Cry1Ja

に対して

390

倍以上の交差抵抗性を示した。他方、同じく

Cry1Ca

による選抜で約

500

倍の抵抗性を示した別のコナガ個体群は他の毒素に対しては交差抵抗性を示さなかった（Zhao

et al., 2001）

。このように供試した毒素や昆虫種さらには同じ種でも系統の違い等によって抵抗性の発達が異なる場合が見られている。

3. 抵抗性発達のメカニズム

前述のように、チョウ目の幼虫が結晶タンパク質を餌と一緒に食下すると、結晶タンパク

質は消化液のアルカリ条件と消化液中に存在するタンパク質分解酵素により可溶化と分解

を受ける。Cry1 毒素の場合、プロトキシンと呼ばれる殺虫活性を示さない分子量約

13

万ダ

ルトンのタンパク質が消化され、分子量約

6

万ダルトンの活性化毒素となる。活性化された

(23)

１９

毒素は中腸円筒細胞の微絨毛表面にあるとされる受容体に結合して細胞を破壊し昆虫は死に至るとされている。このような

BT

トキシンの作用プロセスごとに抵抗性の機構が推定される。そこでこれまでわかっている、あるいは推定されている抵抗性機構の概要をプロセス別に以下のようにまとめた。

i）プロトキシン（結晶タンパク質）の活性化から中腸細胞への結合に至る段階

毒素の活性化に重要な中腸消化液のアルカリ条件やタンパク質分解酵素（プロテアーゼ）

の活性の変異が抵抗性の発達に関与すると考えられている。

ノシメマダラメイガの抵抗性系統では中腸消化液中のプロテアーゼ活性の低下が認められ、

主要なセリンプロテアーゼ活性を欠いていた。このプロテアーゼは

BT

トキシンを加水分解し、その消失は抵抗性の発達と遺伝的にリンクしていた(Oppert, 1999)。一方、トウヒノシントメハマキ(

Choristoneura fumiferana)消化液中には、活性化された毒素タンパク質のＣ

末端に結合して毒素を沈殿させるエラスターゼ様セリンプロテアーゼが存在している

(Milne et al., 1998 )。また、オオタバコガ(Helicoverpa armigera)のCry1Ac

抵抗性系統では感受性系統に比較して消化液中のエステラーゼ活性が

3

倍から

12

倍になっている。抵抗性系統のエステラーゼはプロトキシンや活性化されたトキシンに結合する性質があり、エステラーゼが毒素に結合して隔離することで抵抗性を示すという説が提唱されている

(Gunning et al., 2005)。さらに、Cry1Ac

に対し抵抗性のカイコで、Cry1Ac 毒素が囲食膜に結合してしまうことが認められ、それが抵抗性の一因ではないかと考えられている

（Hayakawa

et al., 2004）

。

ii）中腸細胞のBT

トキシン受容体の変異

ノシメマダラメイガの

Cry1Ab

抵抗性系統と感受性系統における中腸細胞由来の刷子縁膜小胞(BBMV: brush border membrane vesicle)で

Cry1Ab

の結合親和力を比較したところ、感受性系統では抵抗性系統の約

50

倍であったが、両者の結合部位の数には差はなかった(Van

Rie et al., 1990)。

コナガにおいて、

Cry1Ab

感受性系統の

BBMV

には、供試した

Cry1Ab

毒素の約

4%が結合した

が、

Cry1Ab

に

200

倍以上の抵抗性を示す系統の

BBMV

へは

Cry1Ab

毒素の結合はほとんど認められなかった (Ferre

et al., 1991)。毒素が結合する受容体に関してコナガで作製された

モデルでは、

BBMV

は

Cry1Aa、Cry1Ab、Cry1Ac、Cry1Ja

が共に認識する受容体を持っている。

一方、BBMV には

Cry1Aa、Cry1Ba、Cry1Ca

がそれぞれ個別に認識する受容体もあるとされている（Ferre and Van Rie, 2002）。

ニセアメリカタバコガ（

Heliothis virescens

）では

Cry1Ac

による選抜で

50

倍の抵抗性を示した系統が

Cry1Ab

に対しても約

13

倍の抵抗性を示した。しかし、抵抗性系統と感受性系統それぞれの

BBMV

に結合する毒素量には顕著な差異は認められなかった（Gould

et al., 1992）

。一方、Gahan ら（2001）は同じニセアメリカタバコガで、Cry1 に対する受容体の一つと考えられているカドヘリン様タンパク質の変異が

Cry1Ac

抵抗性の原因であることを遺伝子解析により明らかにした。また、ワタアカミムシ（

Pectinophora ossypiella

）の

Cry1Ac

に対する抵抗性、およびオオタバコガ(

Helicoverpa armigera)の Cry1Ac

抵抗性についても同じカドヘリン樣タンパク質遺伝子の変異が関与しているとの報告がなされた（Morin

et al., 2003; Xu et al., 2005; Yang et al., 2007）

。さらには、ニセアメリカタバコガの別

の系統で

GPI-アンカリングされたアルカリフォスファターゼの変異がCry1Ac

抵抗性と関連

しているとの報告もなされている(Jurat-Fuentes and Adang, 2004) 。この場合、アルカリ

(24)

２０

フォスファターゼは受容体として機能していると考えられている。

カドヘリン様タンパク質と同様に以前から受容体の候補として知られているアミノペプチダーゼ

N

について、そのグループの一つの遺伝子がシロイチモジヨトウ(

Spodoptera exigua)

の抵抗性系統で発現していないことから、この遺伝子の抵抗性への関与が示唆されている

(Herrero et al., 2005)。

iii) その他

上に示した、プロトキシンの活性化の段階で働くプロテアーゼ活性の低下や活性化されたトキシンが中腸上皮細胞に結合する際に重要となる受容体の変異では説明できない抵抗性もある。丸山ら(1999)が作出した

Cry1Ac

抵抗性コナガの場合は、毒素は感受性コナガと同様に中腸上皮細胞膜タンパク質に結合する。このことは、結合能以外の要因が抵抗性の原因となっていると考えられ、それが、両者の微細な膜構造の違いによると推察されている。両系統の中腸上皮細胞の中性オリゴ糖セラミドの含量および長鎖のオリゴ糖含量を比べると、

抵抗性系統で顕著に低いことから、抵抗性に上皮細胞膜糖脂質のオリゴ糖部分の関与が示唆された（Kumaraswami

et al., 2001）

。

4. 抵抗性遺伝子

チョウ目昆虫における

BT

剤や

BT

トシキン抵抗性の遺伝様式については多くの研究がなされている。抵抗性は、劣性あるいは不完全な劣性を示す場合が多い。しかし、共優性に近い様式や、完全優性に近い遺伝様式も報告されている（Ferr

é and Van Rie, 2002）

。コナガにおいては、

B. thuringiensis serovar. kurstaki HD-1

株抵抗性は、劣性の単一遺伝子座モデルによく適合していた（Tabashnik

et al., 1992）

。一方、同じコナガでも、マレーシアの

Cry1Ac

抵抗性系統では、抵抗性遺伝子は不完全優性であった（Sayyed and Wright, 2001）。優性遺伝をする抵抗性遺伝子の発見は、後述する抵抗性発達に対する対抗手段の一つとして、

抵抗性遺伝子が劣性遺伝をすることを前提に

BT

ワタや

BT

コーン栽培等において実施されて

いる

refuge strategy

が、害虫個体群における抵抗性の発達を防ぐ上で常に有効な手段とは

言えないことを示している。

ノシメマダラメイガでは抵抗性に消化液中のプロテアーゼが関与しており、これがないとプロトキシンの活性化が起きない。このガで抵抗性と感受性を交配した

F₁

は感受性で、主要なプロテアーゼ

T1

を持っていた。つまり、このプロテアーゼの欠如すなわち抵抗性は劣性の形質として遺伝することが示された(Oppert

et al., 1997)。

抵抗性遺伝子の座位さらにはその本体の究明を目指した研究も行われている。コナガや

ニセアメリカタバコガでそれぞれの分子遺伝子地図上への抵抗性遺伝子のマッピングが行

われた。ニセアメリカタバコガでは劣性の抵抗性遺伝子座位はカドヘリン様タンパク質をコ

ードしている遺伝子座位とほぼ一致した。遺伝子解析の結果より、抵抗性系統の遺伝子はレ

トロトランスポゾンの挿入により崩壊していたことから、カドヘリン様遺伝子が抵抗性遺伝

子であろうと推定された(Gahan

et. al. 2001)。その後、前述のようにワタアカミムシとオ

オタバコガでも同じ遺伝子が抵抗性に関与していることが報告された。一方、コナガではカ

ドヘリン様タンパク質、アミノペプチダーゼ

N、糖転移酵素などの抵抗性候補遺伝子の遺伝

子地図上へのマッピングが行われたが、これらの座位は抵抗性遺伝子の座位と異なっており

直接の関連は認められなかった(Baxter

et al., 2008)。

「ポストゲノム時代の害虫防除研究のあり方」

公開シンポジウム