Как гусеницы обманывают защиту кукурузы, переворачивая молекулы сахара
Учёные из Института химической экологии Макса Планка обнаружили, как гусеницы совок (Spodoptera) обезвреживают естественную химическую защиту кукурузы и других злаков с помощью простой, но эффективной стратегии — изменения пространственной конфигурации молекулы.
Защита растения и контрстратегия насекомого
- Молодые растения кукурузы защищаются от насекомых, накапливая в листьях нетоксичное соединение (2R)-DIMBOA-глюкозид (бензоксазиноид с присоединённой молекулой сахара).
- Когда гусеница начинает питаться, растительный фермент в её кишечнике отщепляет сахар, высвобождая токсичный DIMBOA, который убивает или замедляет развитие большинства насекомых.
- Однако гусеницы совок, включая опасного вредителя совку осеннюю (Spodoptera frugiperda), устойчивы к этому механизму.
Ключевое открытие: зеркальная молекула
Исследователи, анализируя экскременты (frass) гусениц с помощью масс-спектрометрии и ЯМР-спектроскопии, обнаружили:
- В экскрементах присутствует не исходное растительное соединение.
- Гусеницы с помощью своего кишечного фермента заново присоединяют сахар к токсичному DIMBOA.
- Ключевое отличие: сахар присоединяется в зеркальной (противоположной) стереохимической конфигурации, образуя (2S)-DIMBOA-глюкозид.
- Эта "перевёрнутая" молекула больше не может быть расщеплена растительным ферментом, поэтому токсин не высвобождается повторно.
Фелипе Ваутерс: "Элегантность такого механизма в его простоте, но он спасает насекомых от отравления".
Значение и перспективы
- Хиральность (зеркальная изомерия) молекул оказывается решающим фактором в "химической войне" растений и насекомых.
- Учёные планируют идентифицировать гены и ферменты, ответственные за этот механизм детоксикации у совок.
- Понимание этих естественных адаптаций может помочь в разработке новых стратегий защиты растений, особенно на фоне растущей устойчивости вредителей к Bt-кукурузе.
Даниэль Гиддингс Вассао: "Если мы сможем нарушить работу этого кишечного фермента у насекомого, мы сможем восстановить полный защитный потенциал кукурузы против этих вредителей".