Транспортные белки ABC позволяют личинкам листоедов накапливать предшественники защитных веществ при питании

Ученые из Института химической экологии Макса Планка в Йене (Германия) обнаружили ключевой биологический фактор, стимулирующий накопление защитных веществ у личинок листоедов, которые насекомые используют для отпугивания хищников: транспортные белки ABC, в большом количестве присутствующие в железистых клетках личинок.

Личинка тополевого листоеда Chrysomela populi способна транспортировать салицин, содержащийся в листьях её рациона и всасываемый в средней кишке, через несколько клеточных мембран в свои защитные железы, где это вещество превращается в защитное соединение салициловый альдегид.

Как работает защита

Личинки листоедов подвергаются нападениям хищных насекомых. Для защиты они выделяют из защитных желез капельки отпугивающего секрета. Защитные вещества синтезируются личинками из химических предшественников, полученных с пищей (в случае тополевого листоеда — это салицин из листьев тополя и ивы), что экономит энергию насекомых.

Ключевой вопрос заключался в том, как работает транспорт предшественников через мембраны тканей и какие механизмы обеспечивают их селективное накопление в защитных железах.

Ген CpMRP: высокоэкспрессируемый в железистых клетках

Исследуя транскрипты генов в секреторных клетках Chrysomela populi, ученые обнаружили ген, который экспрессируется в 7000 раз больше в железистой ткани по сравнению с тканью кишечника. Анализ последовательности гена показал, что это ген транспортного белка ABC.

РНК-интерференция подтверждает ключевую роль транспортера

Эксперименты показали, что транспортер CpMRP в больших количествах расположен в мембранах накопительных везикул внутри железистых клеток. Поглощенные предшественники (салицин) с помощью АТФ (энергетической "валюты" клетки) немедленно накапливаются в этих везикулах. Затем везикулы мигрируют внутри клетки к резервуару, сливаются с его мембраной и высвобождают содержимое, где салицин превращается в салициловый альдегид.

CpMRP действует как задающий ритм процессу: благодаря высокой транспортной способности он создает градиент концентрации салицина в железистой ткани, обеспечивая непрерывный приток молекул салицина из гемолимфы. Если ген CpMRP "выключить" с помощью РНК-интерференции, личинки теряют способность выделять защитные соединения.

"Это не процесс детоксикации, а целенаправленное накопление предшественников токсинов, которые личинки поглощают с пищей. Эти предшественники экономно используются для отпугивания хищников", — поясняет Аня Штраус.

Открытие транспортера CpMRP проливает новый свет на молекулярную эволюцию защитной системы личинок листоедов и помогает прояснить клеточные основы процессов секвестрации и хранения в тканях животных.