산림 생태계에서 초식 곤충은 생물 다양성의 구조와 기능에서 주요한 역할을 담당하는데 알려져 있는 곤충 종 수의 25%를 차지할 정도로 중요한 부분이다. 초식 곤충 종 풍부도와 다양성은 식물 종 다양성과 밀접한 연관을 지니고 있다. 이 연구에서는 우리나라 온대림에 서식하는 초식 곤충 활동량을 나타내는 식흔량이 먹이식물 다양성, 균등도, 나뭇잎 수, 먹이식물 밀도와 관련된 기저단면적 (basal area), 흉고직경 (DBH)과 어떠한 관련이 있는가를 알고자 하였다. 지리산국립공원 온대낙엽수림에 0.1 ha의 방형구를 두 군데 설치하여 잎을 씹어먹는 초식 곤충 (chewer)에 의한 식흔량을 측정하였다. 연구결과 평균 11.2% (±1.76%)의 식흔 발생량을 확인하였고, 조사 지역 중 식물 다양성이 높은 곳보다 낮은 곳에서 식흔량이 더 많았다. 또한 한국 남부 온대림에서 초식 곤충 활동에는 밀도 요인인 기저단면적이 긍정적으로 작용하는 것을 알 수 있었다. 추후 온대 낙엽활엽수림의 영양 단계 (trophic level)에서 초식 곤충의 여러 길드가 어떤 작용으로 영향을 받는가에 대한 연구가 필요하다고 생각한다.

Many herbivorous insects sequester plant defense compounds from their host plants to protect themselves from natural enemies. In plants, these defense compounds are often stored as protoxins separated from their activating enzymes. A well-known example is the glucosinolate-myrosinase defense system in plants of the order Brassicales. When plant tissue is ingested by herbivores, glucosinolates are hydrolyzed by the enzyme myrosinase to form highly reactive isothiocyanates. We previously reported that flea beetles of the genus Phyllotreta selectively sequester high amounts of glucosinolates from their crucifer host plants, and convergently evolved their own myrosinase which enables them to utilize sequestered glucosinolates for their own purposes (Beran et al., 2014). The presence of intact glucosinolates in these beetles suggests that despite tissue damage, ingested glucosinolates are not activated by the plant myrosinase. Rapid and efficient glucosinolate uptake from the gut lumen into gut epithelial cells can prevent hydrolysis and thus might be crucial to overcome this activated plant defense. We use the horseradish flea beetle Phyllotreta armoraciae as a model to study the molecular basis of sequestration in insects. In short-term feeding experiments, we showed that ingested glucosinolates are rapidly sequestered in the foregut. To identify the transporters that mediate glucosinolate import from the foregut lumen into gut epithelial cells, we focused on the MFS transporter family, which is known to transport a wide range of substrates. A phylogenetic analysis of putative MFS transporter sequences identified in P. armoraciae and other beetles revealed several specifically expanded clades in P. armoraciae. Out of 21 candidate genes that were heterologously expressed in Sf9 cells, nine showed glucosinolate transport activity in vitro. Interestingly, most candidate genes were exclusively expressed in the malpighian tubules, and two genes were additionally expressed in the foregut. We currently elucidate the function of these transporters in glucosinolate sequestration in vivo using RNAi. To better understand the function of sequestered glucosinolates, we performed bioassays with P. armoraciae larvae and the generalist predatory ladybird Harmonia axyridis. Upon predator attack, P. armoraciae larvae emitted high amounts of isothiocyanates and ladybird larvae stopped feeding within a few seconds and were highly irritated. However, silencing myrosinase gene expression in P. armoraciae larvae led to increased mortality compared to control larvae in survival assays with ladybird larvae. Our results demonstrate how Phyllotreta use plant defense metabolites to defend themselves against predators.

목본식물의 초식에 대한 방어 전략을 알아보고자 8종의 단풍나무속 수종의 잎에 대하여 형태적 특성, domatia 구조와 수, 초식곤충과 응애 서식 여부 등을 관찰 조사하였다. 조사대상 수목들은 강원도 치악산, 청태산, 방태산, 태백산과 윈주시에 생육 중인 8수종에서 엽시료를 채취하여 2009년 4월부터 7월까지 관찰, 조사하였다. 얻어진 결과는 다음과 같다. 당단풍, 고로쇠 및 복장나무의 domatia는 tuft type, 단풍나무, 신나무, 복자기와 시닥나무는 pocket+tuft type, 산겨릅나무는 pocket type 임이 밝혀졌다. 엽당 domatia 평균 갯수는 산겨릅나무에서 20.2개/엽으로 가장 많았고, 신나무에서 4.2개/엽으로 가장 적었다. 엽표면의 털은 단풍나무, 당단풍, 신나무 및 복장나무는 응모(villous), 고로쇠나무와 복자기는 연모(pilose), 시닥나무는 강모(strigose)였다. 일반적으로 털의 밀도는 잎 뒷면이 앞면보다 높았다. 단풍나무, 당단풍, 산겨릅나무 및 시닥나무에서만 엽맥의 말단부에 소량의 단물이 분비됨을 확인하였다. 엽당 응애의 개체수는 수종간 고도의 통계적 유의성이 인정되었으며, 엽당 응애 개체수 평균은 시닥나무가 9.2마리로 가장 많았으며, 다음으로 복장나무, 당단풍, 복자기가 순이었다. 단풍나무류 잎을 가해하는 미소절지동물류는 진사진딧물, 단풍알락진딧물, 나무이, 혹응애, 매미충 등이었으며, 총개체수는 혹응애, 진사진딧물, 나무이, 단풍알락진딧물, 매미충 순이었다. 이들의 천적으로는 육식성 응애, 말벌, 그 약충, 광대노린재 약충, 등이 확인되었으며, 고동털개미와 곰개미는 진딧물과 상리공생을 하여 단풍나무류의 초식피해를 가중시킴을 확인하였다. 육식성 응애가 진사진딧물을 공격하여 체액을 빨아먹는 것을 확인하였으면, 이는 domatia가 중재하는 응애와 식물의 상리공생의 증거라 판단된다. 이러한 결과는 온대 활엽수종에서 이러한 응애와의 상리공생이 보편화되어 있음을 암시하는 것이라 사료된다.