カメムシ類の新規幼若ホルモン（JHSB3）の同定

［要約］
果樹の重要害虫であるチャバネアオカメムシから、新規な構造を持つ幼若ホルモン（JH）を同定し、JHSB3と名付けた。カメムシに特異的なJHの同定は世界初であり、カメムシ目害虫選択的な昆虫制御剤開発の重要な手がかりとなる。 

農業生物資源研究所・昆虫科学研究領域・制御剤標的遺伝子研究ユニット

［連　絡　先］029-838-6079
［分　　　類］知的貢献
［キーワード］幼若ホルモン・カメムシ目・チャバネアオカメムシ・昆虫制御剤

［背景・ねらい］

幼若ホルモン（JH）は、昆虫の変態や生殖の制御に関与する主要なホルモンの1つであり、分類群により異なる構造を持つ。このホルモンは油に溶けやすく、体表から染み込んで効果を示すことから、制御剤として利用可能であり、実際JHをもとにした昆虫制御剤が市販されている。カメムシの仲間（カメムシ目）のJHは、既知のJHと異なることが以前から知られていたものの、化学構造は長い間分かっていなかった。カメムシ目にはチャバネアオカメムシなどの果樹害虫や斑点米の原因となるカスミカメムシ類など多くの重要害虫が含まれていることから、カメムシ目に特異的なJH生合成系やJH情報伝達系を標的とした制御剤開発の基盤として、チャバネアオカメムシを材料にJHの同定を行った。

［成果の内容・特徴］
  1. 果樹の重要害虫であるチャバネアオカメムシ（図１）の成虫体内からJHを産生する内分泌器官であるアラタ体を取り出して培養し、培地中に放出されたJHを高分解能質量分析によって分析し、C16H26O4の組成式を持つ化合物であると推定した。
  2. この結果や先行研究の知見に基づき、まず、可能性のある構造を持つ化合物の混合物を合成した。この混合物を液体クロマトグラフィー（HPLC）で分画し、各画分のJH活性を生物検定（図１）により評価して、JH活性を示す２画分を見出した。
  3. これら２つの活性画分に含まれる化合物は、核磁気共鳴（NMR）を用いた分析によって、ある化合物の２つの立体異性体であると推定した。この化合物には４つの立体異性体（図２）が存在するが、NMRでそれらを判別することはできなかった。
  4. ４つの立体異性体を合成し、HPLCで分析した結果、生物検定でJH活性を示した２つの画分は化合物１および化合物２と一致した。さらにアラタ体の産生物が、化合物１または化合物２のどちらに当たるかをガスクロマトグラフィー質量分析計で比較した結果、アラタ体産生物は、化合物２であることを確認した（図３）。
  5. 合成した標準品を用いて生物検定を行ったところ、この化合物２は既知のJHであるJH III（図２）に比べてはるかに高い幼若ホルモン活性を示し（図４）、幼虫から成虫への変態を強く抑えて、幼虫−成虫中間体（図１C）を作り出した。この中間体は産卵することなく、やがて死亡した。
  6. このようにして明らかにしたチャバネアオカメムシのJHは、エポキシ環を2個持ち、それらが二重結合を飛び越えるように（＝skipped）離れて位置している点で、他の昆虫で既に知られているJHとは異なる、新しいものであった。構造の特徴からこのJHをJuvenile Hormone III Skipped Bisepoxide（JHSB3）と名付けた。
［成果の活用上の留意点、波及効果、今後の展望等］
  1. JHの生合成経路や代謝経路、JH活性に関わるシグナル伝達経路の中で作用するJHSB3に特有な酵素や受容体を標的としたカメムシ類にのみ効果を示す制御剤の開発が期待される。
  2. JHSB3の構造を改変することにより、JH活性による変態のかく乱等による殺虫活性や殺卵活性をカメムシ類のみに示し、かつ他の昆虫に対して影響の少ない昆虫制御剤の開発が期待される。
［具体的データ］

図１　チャバネアオカメムシを用いた幼若ホルモン活性の検定．　　チャバネアオカメムシ終齢幼虫（A）に対して化合物を塗布し、次の脱皮後の形態を評価した。化合物に幼若ホルモン活性がなければ成虫（B）へと変態するが、活性があると、変態が阻害されて成虫-幼虫中間体（C）が出現する。横棒：5mm．


 図１　チャバネアオカメムシを用いた幼若ホルモン活性の検定．
チャバネアオカメムシ終齢幼虫（A）に対して化合物を塗布し、次の脱皮後の形態を評価した。化合物に幼若ホルモン活性がなければ成虫（B）へと変態するが、活性があると、変態が阻害されて成虫-幼虫中間体（C）が出現する。横棒：5mm．
図２　チャバネアオカメムシの幼若ホルモン候補化合物（１〜４）およびJH III（５）。　２が本種の天然型JH（JHSB3）
図２　チャバネアオカメムシの幼若ホルモン候補化合物（１〜４）およびJH III（５）。
２が本種の天然型JH（JHSB3）
図３　アラタ体生産物の構造のGC-MSによる確定。　　化合物１，２の混合物（黒）、アラタ体生産物（青）、および両者の混合物（赤）の分析結果を示す。縦軸はm/z=300の検出強度を示す。

 図３　アラタ体生産物の構造のGC-MSによる確定。
化合物１，２の混合物（黒）、アラタ体生産物（青）、および両者の混合物（赤）の分析結果を示す。縦軸はm/z=300の検出強度を示す。
図４　JHSB3およびJH IIIのチャバネアオカメムシに対する幼若ホルモン活性。　　JHSB3（−○−）またはラセミ体JH III（−●−）を処理した終齢幼虫の脱皮後、小盾板の前胸背板幅に対する相対長を測定した。値が小さいほど活性が高いことを示す．横軸上のSは溶媒を処理した対照区。 図４　JHSB3およびJH IIIのチャバネアオカメムシに対する幼若ホルモン活性。
JHSB3（−○−）またはラセミ体JH III（−●−）を処理した終齢幼虫の脱皮後、小盾板の前胸背板幅に対する相対長を測定した。値が小さいほど活性が高いことを示す．横軸上のSは溶媒を処理した対照区。

[その他] 

研究課題名　　　　：カメムシ類における幼若ホルモンの構造決定
予算区分　　　　　：交付金
中期計画課題コード：B21
研究期間　　　　　：2007〜2009年度
研究担当者　　　　：小滝豊美、品田哲郎（大阪市大）、貝原加奈子（大阪市大）、大船泰史（大阪市大）、
　　　　　　　　　　沼田英治（大阪市大）
発表論文等　　　　：1)Kotaki T, Shinada T, Kaihara K, Ohfune Y, Numata H (2009) Structure 
　　　　　　　　　　　determination of a new juvenile hormone from a heteropteran insect. 
　　　　　　　　　　　Organic Letters, 11(22):5234-5237.
　　　　　　　　　　2)国内特許出願「光学活性化合物およびその製造方法、ならびに昆虫制御剤」　
　　　　　　　　　　　小滝豊美、大船泰史、品田哲郎、沼田英治（特願2008-176363）
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