プレスリリース
(研究成果) 外来カミキリムシ種の迅速かつ確実な寄生検出法を新たに開発

- 樹外に排出されるフラスの化学成分に着目 -

情報公開日:2023年10月24日 (火曜日)

ポイント

農研機構は、樹木に穴をあけて寄生し、樹を弱らせるカミキリムシ幼虫(穿孔性害虫¹⁾の一種)が樹外に排出する「フラス²⁾」に含まれる化学物質を分析することにより、寄生する3種の外来カミキリムシ種を迅速に特定できることを明らかにしました。外来カミキリムシの被害地域は年々拡大していますが、本成果により、種により適用薬剤が異なるためにこれまで困難だった種に合わせた有効な防除対策を早期に実施でき、寄生されている樹木の被害を最小に留めることが可能になります。また、周囲への被害も早期から警戒し検知できることから、外来カミキリムシ被害地域の拡大防止にも役立つことが期待されます。

概要

本来日本に生息していない外来カミキリムシが果樹や街路樹などに寄生する被害が、近年、全国で相次いでいます。例えばクビアカツヤカミキリ³⁾は2012年に被害が発見されてから、2023年6月時点で13都府県で報告され、発生地点も増加しています。果樹であるモモ・ウメ・スモモを数年で枯死させるばかりか、観光資源であるサクラにも甚大な被害を与えており、被害拡大を止めることは喫緊の課題です。

外来カミキリムシによる被害拡大を防ぐためには、成虫を捕殺するだけでなく、幼虫がまだ小さい時期に「この樹にカミキリムシが寄生している」ことを検知し、その種類を特定する必要があります。幼虫の種を特定するには、通常、樹内の幼虫を取り出して形態を観察し、さらに分類が容易な成虫になるまで飼育しますが、寄生された樹を大きく傷つけること、また幼虫を傷つけてしまい同定できない場合があることが問題となっていました。

そこで農研機構は、幼虫に加害された樹木内のカミキリムシの種類を確認するための新たな方法として、幼虫の食害によって木から排出される「フラス」に含まれる化学物質成分を分析することで、カミキリムシの種を迅速かつ確実に特定する新たな手法を開発しました。農林業上警戒すべき外来カミキリムシ3種(クビアカツヤカミキリ、ツヤハダゴマダラカミキリ⁴⁾、サビイロクワカミキリ⁵⁾)と近縁の日本在来種のゴマダラカミキリ⁶⁾について、幼虫の体表にある炭化水素成分(体表炭化水素⁷⁾)が種ごとに特異的な成分で構成され、それぞれの種が排出するフラスに同じ構成で含まれていることを明らかにしました。これにより、樹種に関係なくフラスを調べることで寄生しているカミキリムシ種を特定できます。

本成果は、樹を傷つけることなく寄生する外来カミキリムシを特定し、適切な対策によって果樹園の被害防止や街路樹保護に貢献することが期待されます。

詳細情報

開発の社会的背景

近年、外来カミキリムシの被害が日本各地で相次いで報告されています。モモやサクラの害虫であるクビアカツヤカミキリ(図1A)は、わが国では2012年に初めて確認されてから2023年6月時点で13都府県に拡大し、発生都府県内の被害地点数も増加しています。2020年から2021年にかけては、ツヤハダゴマダラカミキリ(図1B)が複数県で発見されるとともに、2021年には、サビイロクワカミキリ(図1C)が福島県内の複数地点で発見されました。外来カミキリムシが果樹や街路樹、各地の名木等に寄生すると、樹勢が衰え最終的に枯死することから、果樹園において甚大な経済的被害をもたらすほか、街路樹などでは、倒木による事故の危険性もあります。そのため果実の大産地を抱える発生県や隣接県では、発生の検出や被害地点の拡大防止対策に取り組み始めています。

カミキリムシ類の被害拡大防止には、早期に寄生を確認し、寄生樹の伐採や薬剤処理といった適切な対応をおこなうことが有効とされています。防除のために使用する薬剤の選択には、種の同定が不可欠です。複数の外来カミキリムシが同時多発的に日本各地で発生している状況において、その木にどの外来カミキリムシ種が寄生しているのか迅速かつ確実に検出・同定できる方法が切に望まれていました。

研究の経緯

カミキリムシに限らず、樹内に生息する穿孔性害虫の種を判定するためには、樹を一部解体して虫を取り出し、成虫まで育て形態観察で同定するケースが一般的です。しかし、調査樹に大きなダメージを与えること、最終的な特定まで時間がかかること、幼虫を木から取りだす際に傷つけてしまい、羽化まで至らず同定できないなどの問題があります。

一方、カミキリムシ幼虫が樹内で食害するに伴い、木くずと虫糞が混じった「フラス」を樹外に排出することがあり、特にクビアカツヤカミキリは樹皮上で孵化した後、樹内に侵入した直後からフラスを排出しはじめるため、寄生発見の手がかりとして広く認知されています。2020年以降、このフラス内の遺伝情報を用いた同定法が開発されてきましたが、フラスが野外で直射日光や風雨にさらされることで遺伝情報物質が劣化し、検出が難しい場合がありました。

そこで私たちは、フラスに含まれる虫や樹木に由来する複数の物質のうち、化学的に安定で昆虫の体表面に多く存在することが知られている炭化水素成分に着目し、どのようなフラスからも安定的かつ迅速にカミキリムシ種の寄生が確認できる検出法の開発に着手しました。

研究の内容・意義

体表炭化水素組成から種を特定
農林業上、警戒すべき外来カミキリムシであるクビアカツヤカミキリ・ツヤハダゴマダラカミキリ・サビイロクワカミキリの3種およびツヤハダゴマダラカミキリと形態が類似した近縁の在来種ゴマダラカミキリ(図1D)の各幼虫について、幼虫の体表およびその幼虫が排出したフラスから物質抽出し、ガスクロマトグラフ質量分析計(GC-MS)⁸⁾を用いて分析・比較しました。その結果、幼虫の体表成分と同じ炭化水素成分がフラスに含まれていることが確認できました(図2)。カミキリムシ類成虫の体表炭化水素組成は、種特異的であることが知られています。幼虫の場合も同様に種特異的な成分から構成されており(図3)、その成分と組成比で樹内に生息している外来カミキリムシ種をフラスから特定する検出法を確立しました。
異なる樹種でも検出が可能
同一種のカミキリムシでは、樹種が異なるフラスからも同じ炭化水素成分が検出され、本検出法は寄生樹種の影響を受けないことを明らかにしました。クビアカツヤカミキリの場合、寄主として報告のあるサクラ・モモ・ウメ・ネクタリンから寄生の検出が可能でした。
野外や時間が経過したフラスサンプルにも適用可能
風雨や直射日光、高温にさらされた野外のフラスでも同じ炭化水素組成が確認できます。また、保存していた3年前のフラスからも同様に検出が可能でした。
耳かき1杯程度のフラスサンプルで種を特定
種の特定には0.1g程度(耳かき1杯程度)のフラス量があれば十分です。また、フラスからGC-MS用試料を抽出し、カミキリムシ種の寄生の有無および種の特定までにかかる時間は1時間以内です。

今後の予定・期待

相次いで日本国内への侵入が確認されたカミキリムシは、外来種として海外でも問題となっています。国内の農産業において、すでに大きな被害を与えているもの、与える可能性が高いものが含まれます。これら樹木にとって脅威となるカミキリムシの寄生を早期に検出できれば、まだ虫が樹皮表面近くにいる小さな幼虫の段階で効果的な薬剤処理がおこなえます。寄生の早期検出とそれに続く薬剤・伐採処理は、カミキリムシによる被害を最小限にするとともに、被害地の拡大抑制にもつながります。

また、本検出法では、文化的・歴史的な価値をもつ樹木にもダメージを与えることなく、警戒すべきカミキリムシ種の寄生を迅速に検出することが可能となります。このような点からも、農林分野のみならず、日本の樹木を侵略的外来種から保護できる技術として今後の幅広い活用が期待されます。

用語の解説

穿孔性害虫: 幼虫が樹皮下を摂食し、樹勢を弱らせ、場合によっては枯死させる虫を指し、主にコウチュウ虫目、ハエ目、チョウ目およびハチ目に属するものが知られています。
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フラス: 穿孔性昆虫の排泄物(フン)と木くずなどの植物組織片が混ざったもので、樹木の外に排出されます。穿孔性昆虫の摂食活動にともなって確認されるため、木の内部が食害されているサインとなります。
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クビアカツヤカミキリ: サクラやウメ、モモなどのバラ科樹木に寄生し、幼虫が樹の内部を食べて枯らしてしまう外来カミキリムシ。2012年に愛知県で被害が確認されて以降分布を拡げ、2023年時点で13都府県にて確認されています。2018年に特定外来生物に指定されました。
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ツヤハダゴマダラカミキリ: 国際自然保護連合により「世界の侵略的外来種ワースト100」に認定されており、世界中の幅広い樹種で被害が報告されています。日本では過去横浜市への侵入が確認され、根絶された記録があります。しかしながら、2020年を皮切りに各地で発見されるようになり、2023年時点で10県に分布しています。現在では街路樹を中心に被害が出ていますが、果樹等への被害拡大も懸念されています。2023年9月に特定外来生物に指定されました。
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サビイロクワカミキリ: エンジュ、イヌエンジュなどを寄主とし、中国では街路樹を枯らす害虫として知られています。日本では2021年に福島県内で発見され、2022年時点の調査では福島県内の19市町村において発生が確認されています。2023年9月に特定外来生物に指定されました。
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ゴマダラカミキリ: 日本全土に分布する在来のカミキリムシで、非常に広範な寄主範囲をもちます。農業上は、カンキツ類などの果樹における害虫として知られています。形態的にはツヤハダゴマダラカミキリと類似しています。
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昆虫の体表炭化水素: 炭素と水素からなる有機化合物の総称を炭化水素といい、昆虫の体表面を覆うワックス層の主成分です。昆虫の体表ワックスは通常、複数の炭化水素を含む不揮発性成分が混合され、水分の蒸発防止および化学コミュニケーションに利用されていることが知られています。
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ガスクロマトグラフ質量分析計: 化学物質の分離を行うガスクロマトグラフと質量分離を行う質量分析計という分離手法が異なる2つの装置から構成されます。有機化合物の定量や化学構造の情報を得られ、微量成分の分析に適しています。
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発表論文

Nao FUJIWARA-TSUJII and Hiroe YASUI (2023) Detection of invasive and native beetle species within trees by chemical analysis of frass. Scientific Reports 13, 11837. https://doi.org/10.1038/s41598-023-38835-x