Research press release

【動物学】ミミズが植物の化学防御をすり抜ける方法

Nature Communications

Zoology: Worming their way around plant defences

ミミズが腸内で独自のクラスの化合物を産生して植物の化学的防御物質の損傷作用から身を守っていることを明らかにした論文が、今週掲載される。この化合物は、食器洗い洗剤やその他の洗浄液と同じように界面活性剤として作用し、化合物間の表面張力を低下させ、あるいはその化学的特性を阻害する。これは、土壌中での落葉落枝の再循環という難題に対する重要な適応といえる。

数多くの植物が、陸上の草食動物に食べられないようにポリフェノール(タンパク質結合性を有する化学的防御物質)を産生している。ポリフェノールは、それを摂取した生物の腸内酵素の作用を阻害すると考えられている。こうした防御戦略の結果、ポリフェノールが落葉落枝に残存しており、地中で餌を得るミミズなどの分解者生物は食餌上の難題に直面している。 今回、Manuel Liebekeたちは、さまざまな手法を用いて、植物性ポリフェノールを摂取したミミズの腸液の化学組成を分析し、消化器系の中で腸液の活性が最も高い部位を可視化した。その結果、これまでに報告されたことのない界面活性を有する代謝産物群が腸内に局在していることが分かった。この代謝産物は、ミミズを含む無脊椎動物の分類群のラテン名“Megadrile”にちなんで“drilodefensin”と命名された。

今回の研究では、drilodefensinが14種のミミズの腸内に存在していたが、その近縁種であるヒルやイトミミズなどの無脊椎動物の分類群からは見つからなかった。このことは、drilodefensinがミミズ種に特異な化合物であることを示唆している。また、ミミズの野外個体群にポリフェノールが豊富に含まれる食餌を与えたところ、drilodefensinの濃度が上昇した。このことは、全世界で年間推定100億トンの植物炭素の代謝回転においてdrilodefensinが重要な生態学的役割を果たすことを示している。

Earthworms produce a unique class of compounds in their gut that provide protection against the damaging effects of plant chemical defences, finds a study in Nature Communications. These compounds act as surfactants, lowering the surface tension between compounds or disrupting their chemical properties, in a similar way to dishwashing liquid and other cleaning fluids and present a key adaptation to the challenge of recycling plant litter in the soil.

In order to deter aboveground herbivores from feeding on them, plants produce defensive protein-binding chemicals called polyphenols, which may inhibit the action of gut enzymes after ingestion. A consequence of this defensive strategy is that these chemicals are retained in leaf litter, presenting a dietary challenge for decomposer organisms like earthworms that feed below ground. Manuel Liebeke and colleagues use a variety of techniques to analyse the chemical composition of earthworm gut fluid after ingestion of plant polyphenols, visualising where in the digestive system these chemicals were most active. They identify a group of previously undescribed surface-active metabolites localised in the gut, which they name 'drilodefensins' after the Latin name for the order of invertebrates containing earthworms: Megadrile.

They find that these compounds are present in the guts of 14 different earthworm species, but not in other closely related invertebrate groups like leeches and sewage worms, suggesting they are unique to this group. Field populations of earthworms increase the concentration of these surfactant metabolites when fed a diet rich in polyphenols, indicating that it plays a key ecological role in the global turnover of an estimated 10 billion tonnes of plant carbon per year.

doi: 10.1038/ncomms8869

「Nature 関連誌注目のハイライト」は、ネイチャー広報部門が報道関係者向けに作成したリリースを翻訳したものです。より正確かつ詳細な情報が必要な場合には、必ず原著論文をご覧ください。

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