Понимание эволюции вредителей может улучшить биоконтроль

Египетская хлопковая совка (Spodoptera littoralis) — вредитель во Франции. Она распространена по всему Средиземноморскому бассейну, а также в Африке и на Ближнем Востоке. Личинки этой бабочки чрезвычайно полифагичны и наносят ущерб разнообразным сельскохозяйственным культурам (например, кукурузе, бобовым, хлопку, томатам, перцам).

В рамках усилий по сокращению использования пестицидов необходимо разрабатывать эффективные методы биоконтроля. Часто такие стратегии основаны на нарушении размножения и отлове бабочек с помощью, как правило, половых феромонов. Однако синтез феромонов — дорогой процесс, поэтому важно иметь и другие стратегии контроля. Для этого нужно лучше понимать обонятельные рецепторы этой бабочки.

В 2019 году исследователи идентифицировали рецептор OR5 у египетской хлопковой совки, который распознаёт основное соединение в смеси женского полового феромона. В новой работе те же учёные изучили эволюционную траекторию этого рецептора внутри рода Spodoptera, чтобы лучше охарактеризовать его функциональность и специфичность.

Они использовали комбинированный подход: с помощью компьютерного анализа «воскресили» предковые рецепторы в лаборатории и смоделировали их 3D-структуру. Это позволило определить, что OR5 появился около 7 миллионов лет назад. Также учёные применили сайт-направленный мутагенез для изучения генетической «тонкой настройки» OR5, что позволило идентифицировать восемь аминокислот, отвечающих за высокую специфичность рецептора.

Это открытие особенно неожиданно, поскольку предыдущие исследования эволюции рецепторов предполагали, что для изменения функциональности экологически важных рецепторов достаточно одной или двух замен аминокислот.

Чтобы предвидеть развитие устойчивости к феромонным средствам защиты растений, необходимо понять, как возникают обонятельные рецепторы и приобретают специфичность в ходе эволюции. Данное исследование продвигает эту цель и, кроме того, проясняет функцию OR5 — высокоспецифичного рецептора, необходимого для размножения двух видов Spodoptera: египетской хлопковой совки и табачной совки (S. litura).

Последняя встречается в основном в Азии и также является полифагом. Эти открытия помогут стимулировать разработку новых стратегий биоконтроля, основанных на (1) молекулах-агонистах, которые занимают рецепторы, исключая ключевое феромонное соединение, или (2) молекулах-антагонистах, которые блокируют активацию рецептора ключевым феромонным соединением.

Исследование опубликовано в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.