Маленькие изменения E/Z имеют большое значение
Гусеницы вредителя кукурузного мотылька (Ostrinia nubilalis) прогрызают стебли кукурузы, ослабляя их. Существуют две расы этого вредителя — E и Z, которые различаются формой своих феромонов. Ученые из Лундского университета (Швеция) и Института химической экологии Макса Планка (Йена, Германия) определили ген, который заставляет самок E и Z производить соответствующие феромоны, вызывая репродуктивную изоляцию, которая может в конечном итоге привести к образованию новых видов.
Две расы не скрещиваются в природе, и ключ — в химической структуре полового феромона
Половой феромон кукурузного мотылька, 11-тетрадеценилацетат, имеет двойную связь в E (транс) или Z (цис) конфигурации. Эта небольшая структурная вариация имеет большое значение для спаривания:
- Самка Z-расы испускает изомеры E и Z в соотношении 3:97, привлекая только самцов Z-расы.
- Самка E-расы испускает те же изомеры в соотношении 98:2, привлекая только самцов E-расы.
Это является «барьером репродуктивной изоляции».
Разница в ферментах (редуктазах) ответственна за разные соотношения E и Z
Хотя в природе расы не скрещиваются, в лабораторных условиях они дают плодовитое потомство. Это позволило картировать ген, контролирующий разницу в производстве феромонов у самок. Ген оказался на той же хромосоме, что и ген фермента редуктазы, который производит конечный феромон.
Аминокислотные последовательности редуктаз, выделенных из рас E и Z, сильно различаются. Измерения активности ферментов показали, что:
- Редуктаза E-расы в основном превращает E-форму в конечный феромон.
- Редуктаза Z-расы в основном превращает Z-форму.
Таким образом, разница в соответствующих ферментах редуктазах ответственна за разные соотношения E и Z, выделяемые железами самок.
Причина развития двух рас остается неясной
Новое открытие объясняет только половину истории, поскольку причина, по которой самцы E и Z демонстрируют такие сильные предпочтения к смесям феромонов, производимым самками, все еще неизвестна. Гены, ответственные за производство феромонов у самок и реакцию самцов, разные и находятся на разных хромосомах. Ученые не понимают, как отбор мог действовать на два независимых гена, чтобы инициировать развитие двух рас. Сейчас исследователи сосредотачиваются на картировании гена реакции самцов.
Феромонные ловушки и «дезориентация спаривания»
Феромоны вредителей можно использовать для защиты урожая:
- Феромонные ловушки для мониторинга популяций или массового отлова самцов.
- «Дезориентация спаривания» — широкое распыление синтетических феромонов в поле заглушает слабые сигналы отдельных самок, и дезориентированные самцы не могут их найти.
Эти методы особенно полезны, когда необходимо избегать инсектицидов, и являются экологически безопасными, так как требуют очень малых количеств видоспецифичных феромонов.