ホソバミドリシジミの脅威に対処する
研究は、稲のバイアグラホイホイに対する防御におけるNlCAの役割を強調している。
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目次
茶褐色のプランホッパー(BPH)は、小さな昆虫で、主に稲に生息してるよ。アジアの稲作で大きな害虫として知られてるんだ。BPHは稲から栄養豊富な樹液を吸い取ることで、葉が黄色くなったり、しおれたり、成長が遅れたり、最悪の場合は植物が枯れてしまうこともある。大発生が起きると、稲が急速にしおれたり乾燥したりすることがあるから、被害がすごいよ。それに、BPHは卵を産んだりウイルスを広げたりすることで、間接的にも稲に害を及ぼすんだ。
BPHの現在の対策
農家はBPHのコントロールに化学殺虫剤を使うことが多いんだけど、これって素早く害虫を殺せて安いけど、環境を汚染したり、BPHが耐性を持つようになって効果が薄れちゃうこともある。最近ではBPHに強い品種の稲を育てることに関心が高まってるんだ。今までに、稲のゲノムには30以上の耐性遺伝子が見つかってるけど、BPHはすぐに進化してこの耐性遺伝子を回避する方法を見つけるから、効果的なコントロールのためにはもっと戦略が必要だね。
新しいBPH対策の必要性
BPHをうまく管理するには、この害虫が稲に侵入するのを防ぐ新しい方法を探してるんだ。ひとつのアプローチは、BPHの自然な摂餌プロセスを妨げることだよ。新しい方法を開発するには、BPHが稲とどのように相互作用するかをもっと理解する必要があるんだ。
BPHの摂餌とそのメカニズム
BPHが稲に侵入する重要な部分は、口器を通じて特定の物質を植物に分泌することだよ。BPHが摂餌すると、濃厚な唾液と水っぽい唾液を放出するんだ。濃厚な唾液は摂餌構造を安定させるのに役立ち、水っぽい唾液にはBPHが摂餌し生き延びるのを助けるたんぱく質が含まれてる。これらのたんぱく質の一部は、植物材料を分解してBPHが栄養にアクセスするのを助けるんだ。
BPHの摂餌における炭酸脱水酵素の重要性
炭酸脱水酵素(CAs)は、二酸化炭素と水を重炭酸イオンとプロトンに変換する酵素だよ。動物、植物、細菌の中にいろいろな種類のCAsがあって、細胞のpHバランスを維持したり、害虫に対する植物の防御をサポートしたりする重要な役割を果たしてるんだ。
研究者たちは、特定の炭酸脱水酵素であるNlCAがBPHの唾液腺に存在することを見つけたんだ。研究によると、RNA干渉っていう技術でNlCAをサイレンスさせると、BPHの基本的な機能には影響しないけど、稲での生存率が劇的に下がることがわかったよ。これは、NlCAがBPHが稲と相互作用する上で重要な役割を果たしていることを示してるんだ。
NlCAが稲の細胞に与える影響
BPHが稲を食べるとき、NlCAが植物に分泌されて、稲の細胞内の酸性度を調整するのを助けるんだ。研究によれば、NlCAが存在しないかサイレンスされると、摂餌中に稲の細胞内の酸性度が急激に上昇することがわかった。このpHの変化は、稲の防御反応を引き起こすことがあるんだ。
BPHの摂餌プロセスとその影響
摂餌中、BPHはまず植物の表面を突き破って、栄養豊富な樹液にアクセスできる範囲の範囲に到達するんだ。実験では、NlCAがサイレンスされたBPHが稲を摂餌したとき、植物細胞内の酸性度がかなり増加し、これは植物の防御メカニズムの活性化に関連していたよ。一方で、NlCAがサイレンスされていないBPHは、そんなに急激な酸性度の増加を引き起こさなかったんだ。
NlCAの役割についての結論
これらの研究を通じて、NlCAはBPHが摂餌中に稲の細胞内のpHを安定させるために欠かせない存在であることがわかったよ。このpHの安定性があれば、昆虫たちは植物との相互作用をうまく管理できるから、過剰に植物の防御システムを引き起こさずに効果的に摂餌できるんだ。BPHによる急激な酸性化に植物がさらされると、防御メカニズムが活性化されて、BPHの摂餌や生存能力が妨げられる可能性があるんだ。
今後の研究への示唆
NlCAとBPHの摂餌中のpH安定化の役割に関する発見は、今後の研究のいくつかの道を示唆しているよ。pHが植物の害虫への応答にどのように影響するかを理解することで、BPHや他の害虫から稲を守るための新しい方法が生まれるかもしれない。NlCAのメカニズムや稲の細胞への影響を探ることで、科学者たちはこの相互作用を妨げる遺伝的または化学的な方法を開発し、最終的には作物を守る手助けをするかもしれないね。
まとめ
要するに、茶褐色のプランホッパーは稲作にとって大きな脅威だよ。現在の対策は化学殺虫剤に依存してるけど、環境の問題や害虫の耐性といった課題もあるんだ。耐性のある稲の品種を育てることは期待されているけど、BPHはすぐにその防御を回避する方法を見つけるから難しいんだ。研究では、BPHが分泌するNlCA酵素が摂餌中に稲の細胞のpHバランスを維持する上で重要な役割を果たしていることが示されているよ。このバランスが崩れると、BPHは植物の防御メカニズムを引き起こし、最終的には生存が脅かされるかもしれない。これらの相互作用を理解することで、BPHを管理し、稲作を効果的に守るための革新的なアプローチが生まれるかもしれないね。
タイトル: Rapid intracellular acidification is a novel plant defense response countered by the brown planthopper
概要: The brown planthopper (BPH) is the most destructive insect pest in rice. Through a stylet, BPH secrets a plethora of salivary proteins into rice phloem cells as a crucial step of infestation. However, how various salivary proteins function in rice cells to promote insect infestation is poorly understood. Among them, one of the salivary proteins is predicted to be a carbonic anhydrase (NlCA). The survival rate of the NlCA-RNA interference (RNAi) BPH insects was extremely low on rice, indicating a vital role of this salivary protein in BPH infestation. We generated NICA transgenic rice plants and found that NlCA expressed in rice plants could restore the ability of NlCA-RNAi BPH to survive on rice. Next, we produced rice plants expressing the ratiometric pH sensor pHusion and found that NlCA-RNAi BPH induced rapid intracellular acidification of rice cells during feeding. Further analysis revealed that both NlCA-RNAi BPH feeding and artificial of lowering intracellular pH activated plant defense responses, and that NICA-mediated intracellular pH stabilization is linked to diminished defense responses, including reduced callose deposition at the phloem sieve plates and suppressed defense gene expression. Given the importance of pH homeostasis across the kingdoms of life, discovery of NICA-mediated intracellular pH modulation uncovered a new dimension in the interaction between plants and piecing/sucking insect pests. The crucial role of NICA for BPH infestation of rice suggests that NICA is a promising target for chemical or trans-kingdom RNAi-based inactivation for BPH control strategies in plants. HighlightsO_LIRapid intracellular acidification is a novel plant defense response. C_LIO_LIBrown planthopper delivers into rice tissues a major virulence protein, carbonic anhydrase (NlCA), critical for survival. C_LIO_LINlCA counters intracellular acidification to suppress plant defense. C_LIO_LIResults implicate existence of pH-responsive regulators of defense responses in the rice-brown planthopper interaction. C_LI In briefThe brown planthopper (BPH) is the most devasting insect pest in rice. Jiang et al. discovered that BPH secretes a salivary carbonic anhydrase (NICA) to regulate the intracellular pH of the rice cell to facilitate its feeding and survival on rice plants and that NICA-counters host intracellular pH acidification to diminished defense responses. These findings uncovered that intracellular pH homeostasis is a previously uncharacterized battleground in plant-insect interactions, but also open a door to future discovery of pH-responsive intracellular regulators of defense responses, which could add a new research dimension in the study of plant-biotic interactions.
著者: Sheng Yang He, Y. Jiang, X.-Y. Zhang, S. Li, Y.-C. Xie, Y. Yang, Z. Pu, L. Zhang, J.-B. Lu, H.-J. Huang, C.-X. Zhang
最終更新: 2024-09-11 00:00:00
言語: English
ソースURL: https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2023.05.24.542203
ソースPDF: https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2023.05.24.542203.full.pdf
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変更点: この要約はAIの助けを借りて作成されており、不正確な場合があります。正確な情報については、ここにリンクされている元のソース文書を参照してください。
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