Research press release

【生物学】光合成を行う昆虫?

Scientific Reports

Biology: Photosynthesis in an insect?

アブラムシにおける光合成によるATPの合成に有機色素カロテノイドが関与している可能性を明らかにした論文が、今週、Scientific Reportsに掲載される。昆虫における光合成によるATP合成を示す初めての暫定的証拠と考えられるものが、今回の研究で示された。

カロテノイドは、植物、藻類と一部の細菌と菌類の葉緑体と有色体で自然に生成され、光合成に関わっている。アブラムシのゲノムは、他の昆虫のゲノムと異なり、カロテノイドの合成に必要なタンパク質がコードされており、この遺伝子は、菌類からの遺伝子の水平伝播によって獲得された可能性が非常に高い。したがって、アブラムシは、カロテノイドを合成する機能を備えていると考えられているが、この合成系の生理的機能は、解明されていない。

アブラムシのカロテン量は、環境状況に応じて操作でき、アブラムシの体色はカロテン量を反映している。今回、M Capovilla、A Robichonたちの研究チームは、オレンジ色、緑色、白色のアブラムシ系統を比較して、その結果、オレンジ色と緑色のアブラムシの体内のカロテノイドが、光の吸収とこの光エネルギーを用いた補酵素NAD+の還元に関与することを示唆する証拠を得た。これによって、ミトコンドリアにおけるATP合成が駆動されるのだ。今回の研究で得られた知見は、アブラムシに古い光合成系が存在していることを示唆しているが、これに関与する機構は解明されておらず、この光合成能力が適応優位性をもたらすものなのかどうかも今後の研究を待たなければならない。

The organic pigments known as carotenoids may be involved in the photosynthesis of ATP in aphids, a paper published in Scientific Reports this week suggests. The study presents what may be the first tentative evidence of ATP photosynthesis in an insect.

Carotenoids occur naturally in the chloroplasts and chromoplasts of plants, algae and some bacteria and fungi, where they have a role in photosynthesis. Unlike other insects, the aphid genome includes genes that encode the proteins needed to synthesize carotenoids, which were probably acquired via lateral gene transfer from fungi. Aphids therefore seem equipped for synthesizing carotenoids, but the potential physiological functions of this system have remained uncertain.

Depending on environmental context, aphids can be manipulated to exhibit different amounts of carotene, which is reflected in their colour. Maria Capovilla, Alain Robichon and colleagues compared orange, green and white aphid strains and found evidence suggesting that carotenoids in orange and green aphids may potentially be involved in absorbing light and using the energy to reduce the co-enzyme NAD+, which can then power ATP synthesis in the mitochondria. The findings hint at an archaic photosynthetic system in aphids, although the mechanisms involved are still uncertain and whether this ability confers a fitness advantage remains to be seen.

doi: 10.1038/srep00579

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