Каннабиноиды конопли могли эволюционировать для защиты от насекомых-вредителей

Каннабиноиды — природные соединения в растениях конопли — могли эволюционировать для отпугивания вредителей. Эксперименты показали, что более высокие концентрации каннабиноидов в листьях конопли приводят к пропорционально меньшим повреждениям от личинок насекомых.

Исследование открывает путь к потенциальной разработке пестицидов на основе экстрактов каннабиноидов. Однако такое применение будет ограничено несъедобными растениями из-за фармакологических свойств соединений, включая CBDA, THCA и их предшественник CBGA. Эти соединения естественным образом производятся растениями конопли и превращаются в более известные CBD, THC и CBG при нагревании.

Загадка эволюционной роли

С момента открытия каннабиноидов исследования фокусировались на их лечебных и опьяняющих эффектах, но причина их эволюции у растений оставалась неясной. Выдвигались гипотезы о защите от ультрафиолета, патогенов и травоядных.

«Было предположение, что это защитные соединения, поскольку они в основном накапливаются в женских цветках для защиты семян — довольно распространённая концепция у растений», — сказал Ларри Смарт, селекционер и профессор Школы интегративных наук о растениях в Cornell AgriTech.

«Но никто не собрал комплексный набор экспериментальных результатов, чтобы показать прямую связь между накоплением этих каннабиноидов и их вредным воздействием на насекомых», — отметил Смарт, старший автор исследования, опубликованного в журнале Horticulture Research.

От наблюдения к эксперименту

Программа по селекции конопли в Корнелле началась в 2017 году с оценки сортов. Исследователи заметили, что сорта из украинской программы селекции были сильно подвержены повреждениям японскими жуками, в то время как другие сорта оставались нетронутыми.

«В конце сезона, когда мы охарактеризовали химический состав этих растений, мы узнали, что растения из украинской программы не производили каннабиноидов», — сказал Смарт.

Поскольку сорта, производившие больше каннабиноидов, страдали меньше, команда заподозрила, что соединения могут действовать как защитный агент.

Результаты экспериментов

• В тестах с растениями конопли, имеющими разную концентрацию каннабиноидов, повреждения от грызущих насекомых (гусениц капустной совки) были выше на листьях с более низким уровнем каннабиноидов.
• В контролируемых лабораторных исследованиях питания исследователи изолировали CBDA и CBGA и наносили экстракты на искусственный рацион насекомых в различных концентрациях. Рост личинок замедлялся, а выживаемость снижалась по мере увеличения концентрации каннабиноидов.

Программа Корнелла не может работать с растениями с высоким содержанием THCA (опьяняющее соединение марихуаны) из-за федеральных ограничений, поэтому THCA как пестицид в этом исследовании не тестировался.

Будущие направления

«Потенциальное использование каннабиноидов в качестве пестицида — захватывающая область для будущих исследований, но, безусловно, возникнут регуляторные барьеры из-за фармакологической активности соединений. Нужны дополнительные исследования, чтобы понять, против каких вредителей каннабиноиды будут эффективны», — сказал Джордж Стэк, первый автор статьи.

Будущая работа будет изучать, подавляются ли сосущие насекомые (например, тля) каннабиноидами. Также исследуется, могут ли другие растения, производящие каннабиноиды (например, южноафриканское растение Helichrysum umbraculigerum), использовать их инсектицидные свойства. Если да, это будет пример конвергентной эволюции.