Устойчивые к гербициду растения ипомеи лучше защищаются от насекомых
Растения ипомеи (Ipomoea purpurea), устойчивые к действию глифосата, также лучше сопротивляются повреждениям от растительноядных насекомых. К такому выводу пришли исследователи из Мичиганского университета.
Обратная зависимость тоже подтвердилась: растения, обработанные и чувствительные к глифосату (действующему веществу гербицида RoundUp), оказались более уязвимы для насекомых. Это указывает на то, что глифосат, гербицид, введенный человеком в окружающую среду, может нарушать коэволюцию растений и их насекомых-вредителей. Результаты опубликованы в журнале New Phytologist.
«Когда люди думают о гербицидах и изучают их воздействие на растения, они думают об устойчивости к гербицидам. Устойчивость — большая проблема, толерантность — большая проблема. Но помимо этого у нас нет четкого понимания, как гербициды в целом влияют на эволюцию растений, а также на то, как растения взаимодействуют с другими элементами своей среды», — говорит ведущий автор Грейс Чжан.
Ход исследования
Для изучения эффектов глифосата на обыкновенную ипомею Чжан высадила 1600 растений в Ботаническом саду им. Маттеи. Половину растений опрыскали глифосатом, после чего зафиксировали признаки роста и повреждений.
Было отмечено, что глифосат повлиял на характер повреждений от насекомых: обработанные растения получили больше повреждений по сравнению с контрольной группой. У них чаще встречались прогрызенные насквозь дыры в листьях и объеденные края. Однако доля листьев с поверхностным объеданием клеток была ниже.
Неожиданная корреляция
Исследователей удивило, что растения, устойчивые к глифосату, имели меньше повреждений от насекомых, а чувствительные к гербициду — больше.
«Экологическая теория предполагает, что здесь более вероятен компромисс: растение, скорее всего, направит больше энергии на защиту от одной угрозы в ущерб другой. Но мы этого не увидели. Мы увидели обратное», — отмечает Чжан.
Фитнес и отбор
Ученые также измерили фитнес растений (вероятность производства семян). Обнаружено положительное давление отбора на устойчивость к глифосату: более устойчивые к гербициду растения, как правило, были более приспособленными и с большей вероятностью давали семена.
«Это действительно интересно, поскольку следствием является причинно-следственная связь между устойчивостью к глифосату и устойчивостью к травоядным насекомым. Если отбор благоприятствует более высоким уровням устойчивости к глифосату, то, возможно, вместе с этим "на буксире" окажутся и более высокие уровни устойчивости к насекомым», — поясняет Чжан.
Возможный механизм
Исследователи пока не знают точной причины совпадения устойчивостей, но у них есть предположения. Глифосат действует, атакуя шикиматный путь в растениях.
Этот метаболический путь отвечает за производство хоризмата — предшественника ароматических аминокислот (триптофана, фенилаланина) и салициловой кислоты (горького соединения, из которого производят аспирин). Растения используют эти соединения для защиты от насекомых. Глифосат останавливает выработку хоризмата, прерывая каскад защитных реакций.
У устойчивых к глифосату растений, по мнению ученых, могут работать несколько генов, формирующих пути детоксикации, которые отводят гербицид. Детоксикация позволяет растению производить хоризмат, ответственный за защиту от насекомых. Эту гипотезу планируется проверить в будущих работах.
«Мы хотели сосредоточиться на том, как этот новый, созданный человеком разрушительный агент влияет на давние естественные отношения между растениями и их насекомыми», — резюмирует Грейс Чжан.