Открытие в войне растений и вредителей: белки паутинных клещей могут стать ключом к устойчивому земледелию

Мировое сельское хозяйство сталкивается с серьёзной проблемой: для защиты урожая ежегодно используется около 4 млн тонн химических пестицидов на сумму $60 млрд. Их широкое применение вызывает опасения из-за воздействия на окружающую среду, здоровье и устойчивость сельского хозяйства.

Паутинный клещ Tetranychus urticae — яркий пример ограничений химической борьбы с вредителями. Он быстро размножается, поражает множество культур и стремительно развивает устойчивость к пестицидам.

Исследовательская группа под руководством профессора Ген-итиро Аримуры из Токийского университета науки (Япония) изучила молекулярное взаимодействие между клещом T. urticae и растениями-хозяевами. Результаты опубликованы в The Plant Journal.

Учёные сосредоточились на элиситорах — молекулах, усиливающих защитный ответ растений. Ранее команда идентифицировала в слюнных железах клеща два таких белка, Tet1 и Tet2, которые индуцируют защиту у фасоли и других культур.

В новом исследовании изучили влияние 18 других белков слюнных желез на устойчивость листьев фасоли к клещу. В результате скрининга выявили два новых тетранина — Tet3 и Tet4, которые, по-видимому, снижают репродукцию вредителя на растениях.

Ключевые открытия:

• Экспрессия Tet3 и Tet4 сильно зависит от растения, которым питается клещ. На предпочитаемой фасоли их уровень был значительно выше, чем на менее предпочитаемом огурце.
• Растения, подвергшиеся воздействию клещей с высокой экспрессией Tet3 и Tet4, демонстрировали более сильный защитный ответ: увеличенный приток ионов кальция, повышенную генерацию активных форм кислорода и повышенную экспрессию защитного гена PR1.
• Индивидуальное применение Tet3 и Tet4 по-разному влияло на защитные реакции растений, что указывает на специфичность роли каждого элиситора.

«Наши данные показывают, что эти тетранины реагируют на изменчивые сигналы растения-хозяина, что может оптимизировать приспособленность вредителя, изменяя антиклещевой ответ растения», — поясняет профессор Аримура.

Значение исследования:

1. Фундаментальное: понимание молекулярных механизмов взаимодействия организмов углубляет знания об эволюции, экосистемах и биоразнообразии.
2. Прикладное (сельскохозяйственное): элиситоры, подобные тетранинам, открывают возможности для улучшения культур. Понимание системы распознавания элиситоров может помочь в селекции более чувствительных и устойчивых растений.

«Элиситоры могут быть полезны в качестве биостимуляторов, повышающих потенциальную устойчивость растений к вредителям. Разработка таких методов органического земледелия крайне важна в современном мире, где воздействие пестицидов на экологию становится всё серьёзнее. Мы надеемся, что идентификация элиситоров, секретируемых вредителями, и выяснение их функций приведёт к созданию беспрецедентных мер борьбы с паутинным клещом», — заключает профессор Аримура.