Глифосат подавляет симбиотические бактерии у жуков

Серо-коричневый плоскотелый зерновой жук (Oryzaephilus surinamensis) живет в симбиозе с бактериями. Его бактериальные партнеры поставляют важные строительные блоки для формирования экзоскелета насекомого, который защищает жуков от врагов и высыхания. Новое исследование показывает, что глифосат подавляет симбиотические бактерии зернового жука. Жуки, подвергшиеся воздействию гербицида, больше не получают от бактерий необходимые им строительные блоки. Исследование демонстрирует, что глифосат может косвенно вредить насекомым, воздействуя на их бактериальных партнеров, и тем самым способствовать их сокращению численности.

Влияние глифосата на симбиотические бактерии

Глифосат — один из наиболее широко используемых пестицидов в сельском хозяйстве. Он избирательно подавляет рост растений, ингибируя биосинтез ароматических аминокислот через шикиматный путь — метаболический путь, присутствующий у растений и многих микроорганизмов. Считается, что животные, не имеющие этого пути, не страдают от глифосата.

Однако многие животные вступают во взаимовыгодные взаимодействия с симбиотическими микробами, которые полагаются на шикиматный путь для производства аминокислот, необходимых этим животным. «Влияние глифосата на животных через их незаменимых бактериальных партнеров, которые используют или даже специализируются на шикиматном пути, становится очевидным, как только понимаешь взаимодействие обоих партнеров», — объясняет Тобиас Энгл, один из ведущих авторов исследования.

Более того, мутуалистические бактерии у многих растительноядных насекомых обеспечивают ключевую выгоду: ароматическую аминокислоту тирозин, необходимую для биосинтеза экзоскелета насекомого (кутикулы). Эта зависимость от симбиоза может сделать насекомых-фитофагов особенно уязвимыми к глифосату в сельском хозяйстве: гербицид ингибирует шикиматный путь в их симбиотических бактериях, и в результате отсутствуют важные аминокислоты, необходимые для формирования кутикулы.

Зависимость от симбионтов — ахиллесова пята насекомых?

В текущем исследовании ученые показали, что глифосат негативно влияет на мутуалистические бактерии серо-коричневого плоскотелого зернового жука, экономически важного вредителя запасов зерна. Воздействие гербицида полностью отменяло пользу, которую симбиотические бактерии обеспечивают для формирования кутикулы — основной защиты насекомого от стрессов, таких как засуха или нападение хищника.

Исследователи секвенировали геном симбионта, ассоциированного с O. surinamensis. Крошечный геном симбионта (300 kbp) содержит генетические инструкции для метаболизма, специализированного на синтезе ароматических аминокислот через шикиматный путь. Интересно, что геном сильно напоминает геном бактериальных партнеров пальмового долгоносика, которые также участвуют в формировании кутикулы, хотя эти симбионты принадлежат к другой группе бактерий.

«Обнаружение функционально эквивалентных симбиотических отношений, возникших независимо у двух разных типов бактерий и у неродственных семейств жуков, подчеркивает важность симбиозов, поддерживающих кутикулу, у жуков», — говорит Джулиан Кифер, первый автор исследования.

Ученые экспериментально проверили функциональную пользу для хозяина, добавляя в рацион жуков ароматические аминокислоты, тем самым компенсируя устранение их симбионтов. И наоборот, воздействие глифосата ингибировало установление симбиотических бактерий на протяжении всего развития жука и полностью отменяло взаимную выгоду для синтеза кутикулы.

С помощью филогенетических анализов авторы демонстрируют, что многие облигатные мутуалистические бактерии, ассоциированные с различными насекомыми-хозяевами, действительно кодируют чувствительный к глифосату фермент в шикиматном пути. Это говорит о том, что восприимчивость микробных симбионтов к глифосату представляет собой ахиллесову пяту для насекомого.

Новые данные подчеркивают, что использование гербицида глифосата в сельском хозяйстве ставит под угрозу жизненно важные симбиотические отношения между насекомыми и микроорганизмами и, таким образом, представляет серьезную угрозу для наших экосистем.