Ученые нашли гены, ответственные за «аромат SOS» у кукурузы
При поедании гусеницами кукурузные проростки защищаются, выделяя пахучие соединения, которые привлекают паразитических ос. Личинки этих ос, в свою очередь, уничтожают гусениц. Однако не все сорта кукурузы одинаково эффективно подают этот химический сигнал о помощи.
Исследователи из Университета Мартина Лютера в Галле-Виттенберге (Германия), Корнеллского университета и Института Бойса Томпсона (BTI) использовали 26 сортов кукурузы, чтобы определить гены, ответственные за отправку этого сигнала «Помогите!». Их исследование, опубликованное в The Plant Cell, заполняет пробелы в знаниях об ферментах, которые производят эти пахучие соединения — терпены. Селекционеры могли бы выводить сорта кукурузы, лучше защищенные от атак гусениц, отбирая наиболее эффективные гены для производства терпенов.
«Это исследование прекрасно демонстрирует, как сотрудничество ученых с разным опытом — от геномики до химии малых молекул — может привести к новому пониманию защитного метаболизма растений», — сказал профессор BTI Георг Яндер, соавтор статьи.
Нежные молодые проростки кукурузы не имеют толстых стеблей и волокнистых листьев для защиты, поэтому гусеницы, включая хлопковую совку, лугового мотылька и других вредителей, могут нанести огромный ущерб полю. После повреждения листьев проростков гусеницы запускают синтез смеси терпенов с сильным ароматом. Паразитические осы учатся распознавать эти химические вещества как запах поедающих листья личинок и прилетают, чтобы отложить яйца в тела гусениц. Молодая оса, смертельно потребляя внутренние органы гусеницы, в итоге выходит из ее тела. Полевые эксперименты показывают, что целенаправленное высвобождение терпенов вокруг растений кукурузы снижает ущерб от голодных гусениц.
Аннетт Рихтер, ведущий автор статьи, а ныне постдокторант в лаборатории Яндера в BTI, протестировала различные сорта кукурузы и обнаружила, что они производят терпены в разном составе и количестве для защиты. Она выполнила эту работу в рамках своей докторской диссертации под руководством старшего автора Йорга Дегенхардта в Университете Мартина Лютера. С помощью ученых из лаборатории Эда Баклера, профессора Корнелла и научного сотрудника USDA-ARS, исследователи изучили геномы 26 сортов кукурузы, чтобы найти генетические связи с производством терпенов, и картировали их на хромосомах.
Используя гены из этих хромосомных регионов, Рихтер идентифицировала три новых фермента, которые функционируют в путях синтеза терпенов, производя линалоол, неролидол и другие терпены. Помимо пользы для защиты кукурузы, линалоол является распространенным ингредиентом в парфюмерии и косметике благодаря своему цветочному, цитрусовому аромату.
«С этой информацией мы провели анализ картирования, чтобы выяснить, какой ген важен для какого летучего соединения, — сказала Рихтер. — Интересно знать, где локализованы эти гены, потому что тогда вы можете скрестить этот сорт с линиями, которые не способны их производить».
Теперь, когда вопрос о том, какие гены ответственны за какие терпены, решен, Рихтер перейдет к изучению того, как регулируется работа этих генов. С лучшим пониманием генетики и регуляции производства терпенов исследователи могут использовать селекцию для улучшения этих признаков в разных линиях, чтобы создать более устойчивую к гусеницам кукурузу.
«Цель — улучшить летучие сигналы их естественной защиты, и теперь у селекционеров есть возможность использовать эти защитные гены», — сказала Рихтер.