Гусеницы Manduca sexta выработали неожиданный механизм детоксикации против сладкого токсина растения-хозяина
Растения производят множество токсичных соединений для защиты от насекомых-вредителей. Чтобы самим не пострадать от этих защитных веществ, многие растения присоединяют к некоторым токсинам молекулу сахара. Пищеварительные ферменты гликозидазы в кишечнике насекомых обычно отщепляют этот сахар, высвобождая токсин, что вредит насекомым. Учёные из Института химической экологии Макса Планка в Йене (Германия) обнаружили противоположный механизм: защитное соединение дикого табака Nicotiana attenuata токсично именно с присоединёнными молекулами сахара, а гликозидаза в кишечнике табачного бражника Manduca sexta удаляет один сахар из этого токсина, превращая его в нетоксичную форму. Впервые показана роль дегликозилирования в детоксикации как контр-адаптации насекомых (Nature Communications, октябрь 2015).
Учёные исследовали защитные вещества табака Nicotiana attenuata, особенно соединение лициумозид IV, содержащее три молекулы сахара и токсичное для личинок Manduca sexta. Поглощение лициумозида IV должно было вызывать сильное снижение массы тела гусениц. Однако исследователи обнаружили, что лициумозид IV не полностью дегликозилируется, и что токсична именно его исходная форма, а не продукт дегликозилирования. Гликозидазы в средней кишке личинок удаляют только одну молекулу сахара из лициумозида IV, превращая токсин в новое соединение. Поглощение этого соединения не оказывает вредного воздействия на насекомых, в отличие от лициумозида IV, что указывает на его детоксицированную форму.
«То, что глюкозидазы, играющие важную роль в пищеварении и активации токсинов, могут функционировать противоположным образом и обезвреживать защитные вещества растений, открывает новое измерение в «гонке вооружений» между растением и травоядным», — объясняет Сагар Пандит, один из старших авторов исследования.
Исследование выявило значение этого необычного механизма детоксикации для гусениц в природе. Учёные нашли ответственную за это гликозидазу и с помощью метода «опосредованной растениями РНК-интерференции» создали личинок с подавленной активностью этого фермента. Когда такие личинки поглощали лициумозид IV, они не могли линять и в итоге погибали. Личинки, поглощавшие продукт дегликозилирования, таких эффектов не проявляли. Это показало, что детоксикация лициумозида IV необходима для выживания.
Полевые эксперименты с гусеницами с подавленной гликозидазой показали, что хищный паук Camptocosa parallela ловил и убивал примерно одинаковое количество таких личинок и контрольных, но съедал значительно меньше личинок с подавленным ферментом. Личинки, покрытые лициумозидом IV, отпугивали пауков, в отличие от покрытых продуктом детоксикации. Это демонстрирует, что лициумозид IV мог бы защищать гусениц, если бы они его запасали (секвестрировали). Однако Manduca sexta предпочитает детоксицировать это соединение, а не накапливать. Учёные полагают, что эти личинки ещё не эволюционировали механизм использования лициумозида IV в своих целях.
Теперь учёные хотят выяснить, существуют ли природные варианты Manduca sexta или родственные виды, которые уже выработали механизм использования лициумозида IV, одновременно избегая смертности и нарушений развития. Также их интересует, почему дегликозилирование ограничивается удалением только одного сахара. Изучение реакции на лициумозид IV у других специализированных и неспециализированных вредителей Nicotiana attenuata поможет лучше понять эту защиту растений и контр-адаптации насекомых.