Инсулин определяет, разовьются ли у молодых цикадок короткие или длинные крылья

Каждый год рис в Азии сталкивается с серьёзной угрозой от насекомого размером с семя кунжута — бурой цикадки. Новое исследование раскрывает молекулярный переключатель, который позволяет одним цикадкам развивать короткие крылья, а другим — длинные, что является ключевым фактором их способности захватывать новые рисовые поля.

Результаты будут опубликованы 18 марта в журнале Nature.

Цикадки, обитая в стеблях риса, используют свои сосущие ротовые аппараты, чтобы высасывать сок. В итоге растения желтеют и засыхают — состояние, известное как «ожог цикадками».

Ежегодно вспышки численности цикадок уничтожают сотни тысяч акров риса — основной культуры для примерно половины населения мира.

У этих насекомых есть стратегия развития, делающая их особенно эффективными вредителями. Когда условия на рисовом поле благоприятны, молодые цикадки развиваются во взрослых особей с короткими крыльями, которые едва достигают середины их тела.

Короткокрылые взрослые особи не могут летать, но они очень плодовиты. Одна короткокрылая самка может отложить более 700 яиц за свою жизнь.

Длиннокрылые цикадки откладывают меньше яиц, но приспособлены для путешествий и в итоге улетают, чтобы захватить новые рисовые поля.

До сих пор учёные не знали точно, как сокращение светового дня и понижение температуры запускают смену коротких и длинных крыльев, и какие гормоны в этом участвуют.

Чтобы выяснить это, исследователи использовали технику РНК-интерференции (RNAi), чтобы «замолчать» гены двух разных инсулиновых рецепторов — областей на клеточной мембране, связывающихся с гормоном инсулином, — и измерили эффект на крыльях насекомых.

«Ранее предполагалось, что у всех насекомых есть только один ген инсулинового рецептора. Мы обнаружили, что у бурых цикадок их два», — сказал соавтор исследования.

Когда исследователи «замолчали» первый инсулиновый рецептор, появлялись короткокрылые взрослые особи. «Заглушение» второго рецептора приводило к появлению длиннокрылых взрослых особей.

Дальнейшее исследование показало, что длинные крылья — это вариант по умолчанию. Но когда цикадки выделяют определённый тип инсулина в ответ на изменение температуры или длины дня, второй инсулиновый рецептор деактивирует первый рецептор в развивающихся крыльях, что приводит к появлению короткокрылых взрослых особей.

«Второй инсулиновый рецептор действует, вмешиваясь в работу первого, тем самым отключая сигнал», — пояснил учёный.

Исследователи обнаружили сходные механизмы у других видов цикадок и теперь пытаются выяснить, играет ли инсулин аналогичную роль у других насекомых-вредителей с летающими и нелетающими формами, например, у тлей.