Цикадка-пенница стала опасным вредителем благодаря симбиозу с семью видами бактерий
Цикадка-пенница (Pentastiridius leporinus) изначально была узким специалистом, питавшимся исключительно тростником. Однако за несколько лет она превратилась в опасного вредителя, атакующего сахарную свеклу, картофель, морковь и лук.
Само насекомое наносит растениям незначительный ущерб, но оно переносит вредоносные бактерии, вызывающие болезни и массовую гибель урожая, особенно сахарной свеклы и картофеля. За это ответственны два патогена: один вызывает синдром низкого содержания сахара (Syndrome Basses Richesses, SBR), а другой — столбур.
Вредитель в симбиозе с семью бактериями
Исследователи из Института химической экологии Макса Планка в Йене и Института молекулярной биологии и прикладной экологии Фраунгофера в Гиссене изучили, как насекомое так быстро распространилось, и какую роль в этом сыграла его микробная флора. Они использовали современные методы секвенирования и флуоресцентную гибридизацию in situ, чтобы идентифицировать микробное сообщество и показать, где оно находится в теле насекомого. Исследование опубликовано в журнале mBio.
Было показано, что цикадка-пенница является хозяином как минимум семи видов бактерий. Насекомое, по-видимому, полностью зависит от трёх из них. Эти симбионты населяют специфические органы и передаются из поколения в поколение вместе с яйцами. Бактерии вносят вклад в питание цикадки, производя незаменимые аминокислоты и витамины.
Две другие бактерии вызывают болезни растений SBR и столбур. Эти патогены передаются от цикадок растениям-хозяевам, что в значительной степени обуславливает вредоносность насекомого. Значение двух оставшихся бактерий остаётся неясным.
Роль бактерий в биологии цикадки
Два фитопатогенных вида бактерий — это Candidatus Arsenophonus phytopathogenicus (вызывает SBR) и Candidatus Phytoplasma solani (вызывает столбур). Исследовательская группа обнаружила пять других видов бактерий в различных органах цикадки.
Роды Purcelliella, Karelsulcia и Vidania являются мутуалистами, которые делают возможным питание растительным соком. Эти роды компенсируют дефицит питательных веществ, поставляя незаменимые аминокислоты и витамины группы B, или способствуя их биосинтезу. Значение родов Rickettsia и Wolbachia для насекомого-хозяина остаётся предметом спекуляций.
Особенно поразили сложность различных микробов и тот факт, что бактерии Rickettsia обнаруживаются в ядрах клеток многих тканей цикадки.
Будущие направления борьбы с вредителем
Как цикадка способна адаптироваться к разнообразным защитным механизмам растений-хозяев, до сих пор неизвестно. Однако в этом могут играть роль как болезнетворные бактерии, так и симбионты.
Результаты исследования служат отправной точкой для разработки целенаправленных стратегий по манипулированию бактериальными симбионтами цикадки. Один из подходов — ингибирование производства специфических слюнных белков у насекомых с помощью РНК-интерференции. Для этого вводится двуцепочечная РНК (дцРНК) против целевого гена.
В настоящее время в Гиссене разрабатываются спреи на основе дцРНК для экологически безопасного и целенаправленного контроля цикадки-пенницы и других вредителей.
Дальнейшие исследования запланированы для лучшего понимания роли микробных партнёров цикадки и их взаимодействий. Эти исследования должны выявить новые подходы к борьбе с этим разрушительным сельскохозяйственным вредителем.