Гусеница обманом заставляет кукурузу снижать защиту от неё самой

В результате обмана, который, вероятно, развивался тысячи лет, гусеница, питающаяся листьями кукурузы, заставляет растение отключать защиту от насекомых-вредителей. Это позволяет гусенице есть больше и расти быстрее, как установили химические экологи из Колледжа сельскохозяйственных наук Университета штата Пенсильвания.

Агентом обмана являются экскременты гусеницы, или «фрасс». Когда растительноядные насекомые питаются, они не только наносят механические повреждения, но и часто выделяют вещества, способные манипулировать ответом растения на поедание. Эти вещества аналогичны соединениям, связанным с микробами, которые влияют на реакцию растений на патогенные грибы или бактерии.

Личинки кукурузной листовой совки (fall armyworm) питаются в тесных воронках кукурузы, и их фрасс в больших количествах накапливается в пазухах листьев, где может оставаться долгое время.

«Мы исследовали, какие химические соединения в фрассе сигнализируют растению, — сказала профессор биологии стресса растений Дон Люте. — Оказалось, что фрасс гусеницы обманывает растение, заставляя его думать, что на него нападают грибковые патогены, и активировать защиту от них. Это подавляет защитные механизмы растения против травоядных. Растения не могут защищаться одновременно и от патогенов, и от насекомых — они должны включать либо путь защиты от травоядных, либо путь защиты от патогенов».

Исследование, недавно опубликованное в Journal of Chemical Ecology, может привести к выделению специфических компонентов фрасса для создания соединения, которым можно опрыскивать посевы. Такой органический, экологически устойчивый пестицид мог бы усилить защиту растений от патогенов. Или же растения можно будет генетически модифицировать для включения белков из фрасса, чтобы повысить естественную устойчивость культуры к патогенам.

Фрасс гусеницы состоит из молекул, полученных от растения-хозяина, самого насекомого и связанных микробов, что предоставляет множество сигналов, способных изменить защитные реакции растения, объяснил ведущий исследователь Сваямджит Рэй. Он отметил, что белки из фрасса изначально индуцировали в кукурузе гены защиты, реагирующие на ранение, однако вскоре после этого активировался ген защиты, связанный с патогенезом.

Индукция защиты от патогенов белками фрасса коррелировала с увеличением роста гусениц и снижением распространённости грибкового патогена со временем. Эти реакции отличаются от типичного ответа растения на оральные выделения гусеницы. Результаты прокладывают путь к идентификации белковой молекулы из экскрементов травоядного, которая вызывает реакции защиты от патогенов, подавляя при этом защиту от травоядных.

Для проверки гипотезы исследователи наносили экстракт фрасса на листья кукурузы и сравнивали рост гусениц, питавшихся этими листьями, с ростом гусениц на необработанных листьях. Они также измерили активность грибкового патогена в ответ на обработку листьев фрассом, инокулируя листья спорами гриба Cochliobolus heterostrophus, вызывающего пятнистость листьев.

«Растение воспринимает, что на него нападает патоген, а не насекомое, поэтому включает защиту от патогенов, оставляя гусеницу свободно питаться. Это экологическая стратегия, отточенная за тысячи лет эволюции», — сказал Рэй.