サツマイモの葉にクロロゲン酸を生合成することで，サツマイモゾウムシに対する抵抗性が付与される

Induced biosynthesis of chlorogenic acid in sweetpotato leaves confers the resistance against sweetpotato weevil attack.

• Yinyin Liao
• Lanting Zeng
• Shunfa Rao
• Dachuan Gu
• Xu Liu
• Yaru Wang
• Hongbo Zhu
• Xingliang Hou
• Ziyin Yang

抄録

サツマイモゾウムシは、温暖な気候の一部の主要なサツマイモ栽培地域において、最も有害な害虫の一つである。将来的に安全なゾウムシ抵抗性戦略を確立するためには，サツマイモからの抗ゾウムシ代謝物の研究が必要である。本研究では、サツマイモの葉を外因性クロロゲン酸で前処理した後、サツマイモゾウムシに曝露し、クロロゲン酸の防虫活性を評価した。その結果，クロロゲン酸をサツマイモに施用することで，サツマイモゾウムシの食害に対して有意な抵抗性が得られることがわかった。また、サツマイモの葉では、ゾウムシの攻撃に対してクロロゲン酸の濃度が高くなることが確認された。サツマイモゾウムシがクロロゲン酸の生成を制御していることを明らかにするために、植物-草食動物相互作用の鍵となる要素である連続的な創傷とクロロゲン酸生成に関与する植物ホルモンを調べた。その結果、サツマイモゾウムシ由来の連続創傷により、ジャスモン酸、サリチル酸、アブシジン酸などの植物ホルモンが増加することがわかった。これらの植物ホルモンは、クロロゲン酸形成に関与する遺伝子の発現レベルを上昇させ、クロロゲン酸の生成を促進する。これらの情報は、サツマイモにおける防虫代謝物の発生と形成の理解に寄与するものであり、今後の防虫サツマイモ品種の育種に重要なターゲットを提供するものである。

Sweetpotato weevil is among the most harmful pests in some major sweetpotato growing areas with warm climates. To enable the future establishment of safe weevil-resistance strategies, anti-weevil metabolites from sweetpotato should be investigated. In the present study, we pretreated sweetpotato leaves with exogenous chlorogenic acid and then exposed them to sweetpotato weevils to evaluate this compound's anti-insect activity. We found that chlorogenic acid applied to sweetpotato conferred significant resistance against sweetpotato-weevil feeding. We also observed enhanced levels of chlorogenic acid in response to weevil attack in sweetpotato leaves. To clarify how sweetpotato weevils regulate the generation of chlorogenic acid, we examined key elements of plant-herbivore interaction: continuous wounding and phytohormones participating in chlorogenic acid formation. According to our results, sweetpotato weevil-derived continuous wounding induces increases in phytohormones, including jasmonic acid, salicylic acid, and abscisic acid. These phytohormones can upregulate expression levels of genes involved in chlorogenic acid formation, such as , and , thereby leading to enhanced chlorogenic acid generation. This information should contribute to understanding of the occurrence and formation of natural anti-weevil metabolites in sweetpotato in response to insect attack and provides critical targets for the future breeding of anti-weevil sweetpotato cultivars.

© 2020 THE AUTHORS. Published by Elsevier BV on behalf of Cairo University.