Исследование раскрывает, как ель ситхинская развивает защиту от голодных долгоносиков

Исследование под руководством учёного из Университета Северной Каролины выявило гены, участвующие в развитии склереид (каменистых клеток) — жёстких клеток, которые могут блокировать насекомых, поедающих почки ветвей вечнозелёной ели ситхинской. Атака насекомого тормозит рост этих лесных гигантов.

Новые результаты могут помочь в селекции генетически улучшенных деревьев ели ситхинской, устойчивых к сосновому долгоносику (Pissodes strobi).

Целью было изучение генетической основы естественной устойчивости к вредителям, которую выработали некоторые деревья, чтобы предотвратить питание насекомых на растении. Исследованный признак — физическая защита в виде склереид, которые встречаются почти у всех видов растений (например, отвечают за зернистую текстуру груши). Их развитие очень сложно и затрагивает тысячи генов. Учёные идентифицировали генетику, участвующую в ключевых ранних этапах этого процесса.

Ель ситхинская — крупное хвойное дерево, растущее на западном побережье от Калифорнии до Аляски. В Северной Америке её часто заменяют другими видами для лесозаготовок из-за восприимчивости к долгоносику, но в Европе она остаётся важной породой. Многие деревья на Западном побережье происходят от быстрорастущей островной популяции, никогда не сталкивавшейся с долгоносиком, что сделало их крайне уязвимыми.

Однако в Канаде была обнаружена группа устойчивых деревьев ели ситхинской. Они развивают склереиды — жёсткие клетки, которые растут только в верхних 2,5 см (менее дюйма) почки ветви, как раз в области питания долгоносика.

Склереиды замедляют продвижение насекомого, давая время смоле из коры дерева покрыть его и сделать слишком липким для дальнейшего питания. Таким образом, они блокируют насекомых и предотвращают значительный ущерб дереву.

В исследовании учёные обнаружили почти 1300 генов, которые экспрессировались на более высоком уровне в склереидах. Также был идентифицирован ключевой ген, действующий как «главный переключатель». Он отвечает за активацию тысяч других генов, известных контролем развития толстостенных клеток у других растений.

Эта работа создаёт «дорожную карту» генов, участвующих в развитии склереид, и показывает, что процесс сильно контролируется генетикой, связанной со вторичными клеточными стенками.

Ключевым инструментом исследования стала лазерная микродиссекция, позволяющая вырезать крайне тонкие срезы ткани. С её помощью учёные смогли изучить гены, экспрессирующиеся specifically в формирующихся склереидах почек ели.

Теперь эта технология используется в Университете Северной Каролины для изучения генов пихты Фразера — ведущей рождественской ели в США, выращиваемой в западной части штата. Исследователи применяют её для изучения признаков, которые могут повысить жизнеспособность, аромат и устойчивость к вредителям пихты Фразера, чей геном в пять раз больше человеческого.

Подход используется для поиска генов, участвующих в устойчивости к патогенам и вредителям, и понимания сложных экологических взаимодействий на генетическом уровне.

Исследование опубликовано в журнале New Phytologist.