Investigating host associations of the European Red Mite Panonychus ulmi (Acari: Tetranychidae) through an integrative approach

果樹園やブドウ園の静かな片隅では、ヨーロッパアカニジュウミウムとして知られる、この小さな8本脚の生物が、重大な被害をもたらすまで気づかれないことがよくあります。これらのダニは多食性であり、つまり単一の食物源に限定されることはなく、170種類以上の異なる植物種の汁を吸って生活しています。何十年もの間、農家や科学者たちは、このような害虫が例えばリンゴの木からブドウの木へと、ある作物から別の作物へ移動する際、時として変化することを観察してきました。それは新しい住処により適したものへと進化したり、あるいは元の親戚とはもはや交配できない別個のグループへと分裂したりすることさえあります。「宿主関連分化」と呼ばれるこのプロセスは、自然界における新種の創造を推進する強力な進化のエンジンです。害虫が真にそのアイデンティティを変えたのか、それとも単に新しい近所に住んでいるだけの同じ生物なのかを理解することは、農業にとって極めて重要です。もし2つの個体群が実際には同じ種であれば、それらは遺伝子を交換し、農薬への耐性のような形質を共有できる可能性があります。もし異なっていれば、全く異なる管理戦略が必要になるかもしれません。

ブラジル、カナダ、フランス、そしてアメリカの研究チームは、ブラジル南部におけるヨーロッパアカニジュウミウムを巡る特定の謎を解明するために立ち上がりました。この地域では、リンゴ園とブドウ園がしばしば隣り合わせに栽培されており、リンゴの実に生息するダニがブドウの木に生息するダニと異なっているかどうかを見るための完璧な実験室となっています。中心となる問いは単純でした。ブドウの木にいるダニは別個のグループへと進化したのか、それとも単にリンゴの木で生き残る術を学んだ、同じリンゴの木のダニなのか？ この問いに答えるため、科学者たちは単一の手法には頼りませんでした。代わりに、彼らは3つの異なる証拠のラインを組み合わせた、統合的なアプローチを用いました。すなわち、ダニの物理的な形態を観察し、互いに正常に繁殖できるかどうかをテストし、そして遺伝暗号を分析するという方法です。

研究者たちは、ブラジル、チリ、日本、南アフリカ、アメリカ、モロッコを含む6カ国、23の異なる場所からダニを採集することから始めました。彼らはリンゴの木、ブзоブドウの木、梨の木、さらにはアーモンドの木からも標本を集めました。まず、顕微鏡を用いてメスのダニの身体を調べました。彼らは背中の小さな毛や生殖盾の刺毛（setae）を測定し、リンゴの住人とブドウの住人を区別できる一貫した違いがあるかどうかを探しました。背中の毛は宿主植物に関連した明確なパターンなく変化していましたが、研究者たちは生殖盾の毛に微妙な違いがあることを見出しました。リンゴの木に生息するダニは、ブドウの木に生息するダニと比較して、この特定の領域の毛がわずかに長い傾向がありました。しかし、この違いは、変異が大きく重なり合い、宿主の種類よりもむしろ現地の環境要因に影響されているように見えたため、それらが異なる種であることを示唆するには不十分でした。

次に、チームは遺伝的な構成が異なる物語を語っているかどうかを確認するために、ダニのDNAに目を向けました。彼らは2種類の遺伝マーカーを分析しました。一つは母系のみで伝わり、比較的速く進化するミトコンドリアDNAであり、もう一つは両親双方から受け継がれ、よりゆっくりと進化する核DNAです。結果は示唆に富むものでした。ミトコンドリアDNAは、リンゴとブドウ由来のダニの大部分が、研究者が「グループI」と呼ぶ同一の遺伝的グループに属していることを示しました。このグループには、ブラジル、日本、アメリカ、南アフリカのダニが含まれており、リンゴ由来かブドウ由来かにかかわらず、すべて混ざり合っていました。しかし、分析によって、チリ、カナダ、ロシアのダニに見られる明確な遺伝的系統である「グループII」も発見されました。このグループは、全く別の種であるか、少なくとも長い間隔離されてきた個体群であることを示唆するほど、遺伝的に明確に区別されていました。決定的なことに、核DNAはチリのダニについて異なる物語を語りました。核DNAは他の世界のダニとの隔たりを示さず、母系の系統は分岐したものの、ゲノムの残りの部分は同様であったという複雑な歴史を示唆していました。ブラジルのダニについては、核およびミトコンドリアの両方のデータが、リンゴとブドウの個体群が遺伝的に同一であることを確認しており、別々のグループへと分裂している兆候は見られませんでした。

これらの個体群が実際に混じり合うことができるかどうかを確認するため、研究者たちは実験室にリンゴの木とブドウの木のダニを持ち込み、互いに繁殖できるかどうかをテストしました。彼らは一連の交配実験を設定しました。リンゴのメスとリンゴのオス、ブドウのメスとブドウのオス、そしてリンゴのメスとブドウのオス、あるいはその逆の組み合わせによる混合ペアです。また、孤立したメスが単独で繁殖できるかどうかも観察しました。結果は、すべての交配が成功したことを示しました。リンゴとブドウのダニは自由に交配し、個体群を成長させるために不可欠なメスを含む、健康な子孫を生み出しました。生殖的な不適合の兆候は見られませんでした。唯一見出された違いは、産卵数でした。リンゴの木で育てられたメスは、どのオスと交配したかにかかわらず、ブドウの木で育てられたメスよりも一貫して多くの卵を産みました。これは、生物学的には同じ種であるが、リンゴの木の方が栄養価が高いか、あるいはより快適な住処であるため、より旺盛に繁殖できることを示唆しています。

本研究は、ブラジルのブドウに寄生しているヨーロッパアカニジュウミウムは、ブドウに住むために進化した新しい明確な種ではないと結論付けています。むしろ、それらは元々リンゴに寄生していたものと同じ系統であり、単に別種となるために必要な遺伝的変化を起こすことなく、ブドウへと生息域を広げたものに過ぎません。ダニは依然として単一の、生殖的に互換性のある個体群であり、作物間を移動し、遺伝子を共有することができます。しかし、研究はチリ、カナダ、ロシアで見られる明確な遺伝的系統に関連する分類学的な混乱を浮き彫りにしました。ミトコンドリアDNAには現れるものの核DNAには明確に現れないこのグループは、ヨーロッパアカニジュウミウムとして誤認されている隠蔽種（cryptic species）である可能性があり、さらなる調査を要します。農家や科学者にとっての教訓は明白です。ブドウにいるダニはリンゴにいるものと同じであり、一方の管理戦略が他方にも適用可能であるため、ブドウ園において隠れた特殊化した害虫が進化している脅威は、現在は低いということです。