Cuscuta Gall Research
虫こぶは、昆虫が植物の発生プログラムをハイジャックして作らせる、非常に特殊で目立つ器官です。古くから多くの生物学者を魅了してきましたが、研究対象は野外の樹木が中心で、実験室内で狙って虫こぶを作らせることが難しいため、その分子機構は長らくブラックボックスのままでした。
この壁を乗り越える材料として私たちが着目したのが、「マダラケシツブゾウムシ」と「アメリカネナシカズラ」の組み合わせです。アメリカネナシカズラは室内で栽培できる草本植物で、ゲノム解読も進み、近年は形質転換技術も確立されています。そのため、樹木では難しかった薬剤処理や操作実験に加え、植物側の遺伝子操作も可能になりました。マダラケシツブゾウムシについては、富山大学の土`田グループにより飼育系が確立されました。そこで私たちは土`田グループと共同研究を行い、ゲノム比較、比較トランスクリプトーム、組織学、生理学、形質転換を組み合わせ、虫こぶ形成の分子機構を紐解こうと尽力しています。
私たちは最近、このモデル系の解析から、ゾウムシが宿主植物の「花作り（花成）」の遺伝子ネットワークを再配線し、茎に虫こぶを作らせていることを明らかにしました（Udandarao et al. 2025 Plant Direct）。現在はさらにその遺伝学的実証に取り組んでいます。
次の問い：アメリカネナシカズラは、他の植物から養分を奪う「寄生植物」です。「寄生植物に、さらに寄生して虫こぶを作る昆虫がいる」――この二重の寄生関係は、どのような進化の駆け引きを経て成立したのか。分子機構とともに、その進化の道筋にも迫ります。
主な参考文献
- Murakami et al. (2021) Sci Rep.
- Adhikari et al. (2025) New Phytol.
- Udandarao et al. (2025) Plant Direct
- Kumagai et al. (2025) BSJ-Review（日本語総説）
寄生植物に寄生する昆虫――虫こぶ形成の分子機構に迫る、新しいモデル系
Insects That Parasitize a Parasitic Plant: A New Model System for Understanding Gall Formation
Galls are remarkable, conspicuous organs that insects induce by hijacking a plant’s developmental program. They have fascinated biologists for centuries, yet most studies have focused on trees in the field, and it has been difficult to induce galls on demand in the laboratory. As a result, the molecular mechanisms underlying gall formation have long remained a black box.
To overcome this barrier, we turned to a pairing of the weevil Smicronyx madaranus (Madara-keshitsubu-zoumushi) and the dodder Cuscuta campestris (American dodder). C. campestris is a herbaceous plant that can be grown indoors, its genome has been sequenced, and transformation methods have recently been established*. This makes chemical treatments and manipulative experiments, which are difficult in trees, straightforward, and it even allows genetic manipulation on the plant side. For the weevil, a rearing system has been established by the Tsuchida group at the University of Toyama. In collaboration with the Tsuchida group, we combine comparative genomics, comparative transcriptomics, histology, physiology, and plant transformation to unravel the molecular basis of gall formation.
Recent finding: Using this model system, we showed that the weevil rewires its host’s flowering (floral transition) gene network to induce stem-derived galls (Udandarao et al. 2025, Plant Direct).
Next questions: C. campestris is itself a parasitic plant that takes nutrients from other plants. How did an insect come to parasitize a parasitic plant and induce galls on it? What evolutionary arms race gave rise to this pairing? Alongside the molecular mechanisms, we aim to uncover the evolutionary history of this double parasitism.
Key references
- Murakami et al. (2021) Sci Rep.
- Adhikari et al. (2025) New Phytol.
- Udandarao et al. (2025) Plant Direct
- Kumagai et al. (2025) BSJ-Review（Review in Japanese）