Расшифровка генома гессенской мухи объясняет, как она вызывает галлы у пшеницы

Международная команда исследователей из 26 институтов секвенировала геном гессенской мухи (Mayetiola destructor), что пролило свет на механизм, с помощью которого насекомое создает галлы, задерживающие рост пшеницы.

Личинки гессенской мухи способны уничтожить целые поля пшеницы, впрыскивая в проростки мощную слюну, которая «перехватывает» биохимию растения. Это необратимо останавливает развитие и заставляет проростки производить проницаемую ткань, содержащую питательные вещества для личинок.

Геном показал, что у гессенской мухи существует обширный резервуар быстро эволюционирующих генов, кодирующих эффекторные белки — молекулы, контролирующие экспрессию генов и клеточную сигнализацию. Структуры этих белков удивительно похожи на белки растений, что позволяет предположить, что они мимикрируют под нормальные белки растительной клетки и используют эту маскировку для манипуляции биохимией проростков пшеницы.

«Гессенская муха — это, по сути, растительный патоген в форме насекомого», — сказал соавтор исследования Джеффри Стюарт, профессор молекулярной генетики насекомых в Университете Пердью.

Пшеница обладает собственными защитными механизмами. По словам Стюарта, по крайней мере 35 генов в пшенице могут обнаруживать и идентифицировать эффекторный белок, введенный мухой, и запускать контратаку: растение может утолщать клеточную стенку, препятствуя извлечению питательных веществ личинками, и производить токсичные вещества для уничтожения вредителя.

Однако эта устойчивость обычно ослабевает через 5–10 лет, поскольку популяции мух, неспособные выжить на устойчивой пшенице, вымирают, а их место занимают популяции с эффекторными белками, которые растение не может распознать.

Эта «генетическая гонка вооружений» между пшеницей и мухой может объяснить две поразительные особенности генома мухи:

• Большое количество генов — более 1000 — кодирующих эффекторные белки.
• Уникальность значительной части генома: около 34% генов мухи не имеют сходства с генами других секвенированных геномов насекомых, что указывает на их быструю эволюцию в ответ на взаимодействие с системами защиты растений.

Этот резервуар эффекторных генов также содержит самое большое семейство генов, обнаруженное в геноме насекомого.

Следующий шаг в исследовании — идентифицировать отдельные белки, вводимые насекомым, и понять, как они работают в растительных клетках.

Некоторые из эффекторных белков мухи очень похожи на белки бактерий, образующих галлы, что может быть примером конвергентной эволюции. Изучение молекулярных механизмов манипуляции мухой пшеницей может помочь исследователям создать новые способы генной инженерии растений.

«Насекомые уже выяснили, как биотехнологически изменять растения, чтобы те производили ткани, которые они обычно не производят. Нет причин, по которым мы не могли бы использовать методы насекомых, чтобы заставить растения делать для потребления человеком то, что они обычно не делают», — отметил Стюарт.