ナメクジの給餌は動的なメタボロームおよびトランスクリプトーム応答を誘発する

Slug Feeding Triggers Dynamic Metabolomic and Transcriptomic Responses Leading to Induced Resistance in .

• Onno W Calf
• Tobias Lortzing
• Alexander Weinhold
• Yvonne Poeschl
• Janny L Peters
• Heidrun Huber
• Anke Steppuhn
• Nicole M van Dam

抄録

昆虫草食動物に対する植物の応答はよく研究されているが、ナメクジの給餌に対する応答についてはほとんど知られていない。本研究では、ナメクジの給餌後のシグナル伝達および防御関連の植物応答の時間的動態を、誘導抵抗性との関連で明らかにすることを目的としている。植物を灰色野ナメクジ (GFS; ) による給餌に様々な期間曝露し、局部葉と全身葉の円盤状の葉を選好性試験で試験した。誘導された反応をメタボロミクスとトランスクリプトミクスを用いて解析した。GFS の給餌は局所的および全身的な反応を誘導した。ナメクジの 72 時間給餌は、24 時間給餌よりも植物のメタボロームに強い影響を与えた。また、グリコアルカロイド（ソラソニン）、フェノールアミド、アントシアニン、トリプシンプロテアーゼ阻害剤、ポリフェノールオキシダーゼ活性が増加した。植物ホルモンとトランスクリプトームの解析から、ジャスモン酸、アブシジン酸、サリチル酸のシグナル伝達が活性化されていることが明らかになった。GFS給餌は、ダウンレギュレーションされた遺伝子よりもアップレギュレーションされた遺伝子の方が多かった。摂食直後の反応は、摂食なしの 24 時間後と比較して 5 倍以上高かった。我々の研究は、GFSは、ほとんどの咀嚼昆虫のように、防衛シグナル伝達経路を活性化することにより、抗草食性の防御を誘発し、その結果、さらなるナメクジの給餌への抵抗力が高まったことを示した。そのため、ナメクジの草食はコミュニティ内の他の草食動物に影響を与える可能性がある。

Induced plant responses to insect herbivores are well studied, but we know very little about responses to gastropod feeding. We aim to identify the temporal dynamics of signaling- and defense-related plant responses after slug feeding in relation to induced resistance. We exposed plants to feeding by the gray field slug (GFS; ) for different periods and tested disks of local and systemic leaves in preference assays. Induced responses were analyzed using metabolomics and transcriptomics. GFS feeding induced local and systemic responses. Slug feeding for 72 h more strongly affected the plant metabolome than 24 h feeding. It increased the levels of a glycoalkaloid (solasonine), phenolamides, anthocyanins, and trypsin protease inhibitors as well as polyphenol oxidase activity. Phytohormone and transcriptome analyses revealed that jasmonic acid, abscisic acid and salicylic acid signaling were activated. GFS feeding upregulated more genes than that it downregulated. The response directly after feeding was more than five times higher than after an additional 24 h without feeding. Our research showed that GFS, like most chewing insects, triggers anti-herbivore defenses by activating defense signaling pathways, resulting in increased resistance to further slug feeding. Slug herbivory may therefore impact other herbivores in the community.

Copyright © 2020 Calf, Lortzing, Weinhold, Poeschl, Peters, Huber, Steppuhn and van Dam.