Капустная моль использует защитные вещества растений как сигналы для откладки яиц

Международная группа исследователей из Нанкинского сельскохозяйственного университета (Китай) и Института химической экологии Макса Планка (Йена, Германия) показала, что изотиоцианаты, которые крестоцветные растения производят для защиты от вредителей, служат сигналами для откладки яиц. Эти защитные вещества действуют как запаховые сигналы для самок капустной моли (Plutella xylostella), побуждая их откладывать яйца на эти растения. Учёные идентифицировали два обонятельных рецептора, единственная функция которых — обнаружение этих защитных веществ и наведение моли на идеальные места для откладки яиц. Они раскрыли молекулярный механизм, объясняющий, почему некоторые насекомые, специализирующиеся на питании определёнными растениями-хозяевами, привлекаются веществами, которые должны отпугивать вредителей. Исследование опубликовано в журнале Current Biology.

От репеллента до аттрактанта

Крестоцветные растения, такие как капуста, рапс, горчица и хрен, производят глюкозинолаты. При механическом повреждении тканей растения (например, жующим насекомым) глюкозинолаты гидролизуются эндогенным растительным ферментом мирозиназой. Это приводит к образованию ряда токсичных продуктов распада, в основном изотиоцианатов, для защиты от прожорливых насекомых. Этот защитный механизм очень эффективен против большинства травоядных. Однако капустная моль эволюционировала, чтобы обойти эту защиту: она способна успешно питаться растениями семейства капустных и использовать их для своих репродуктивных целей.

Два обонятельных рецептора, специализирующихся на изотиоцианатах, контролируют откладку яиц

Основной научный вопрос заключался в том, какие молекулярные механизмы лежат в основе выбора самками капустной моли места для откладки яиц. Исследователи проанализировали, какие обонятельные рецепторы были высоко экспрессированы у самок моли, и изучили функцию этих рецепторов в ооцитах лягушки. Они показали, что два рецептора, OR35 и OR49, реагируют именно на три изотиоцианата, ранее идентифицированных как ключевые для откладки яиц. Эти два рецептора не реагировали на другие растительные запахи или на половые феромоны моли.

Валидация функции генов с использованием техники нокаута CRISPR-Cas9

Исследователи использовали генетические ножницы CRISPR-Cas9, чтобы выключить гены, кодирующие два рецептора у моли. Для поведенческих экспериментов они использовали растения резуховидки Таля (Arabidopsis thaliana), модельного растения из семейства крестоцветных. Часть растений была немодифицированной и производила привлекательные для моли изотиоцианаты, а другая часть — мутантами, неспособными производить изотиоцианаты.

Когда один из двух рецепторов был инактивирован, моли откладывали значительно меньше яиц на растениях, выделяющих изотиоцианаты. Когда были выключены оба рецептора, моли не могли различать немодифицированные растения Arabidopsis и растения-мутанты.

Обманщики в системе взаимодействия растений и насекомых

В ходе эволюции растения разработали различные стратегии защиты от травоядных. Ключевая часть взаимодействия растений и насекомых — химическая коммуникация. Однако всегда найдётся тот, кто злоупотребит коммуникацией в своих интересах, как в случае с капустной молью, которая использует защитный сигнал растения как аттрактант.

Полученные результаты предлагают различные подходы для борьбы с этим вредителем:

• Использование идентифицированных изотиоцианатов или других привлекательных веществ в качестве аттрактантов в ловушках.
• Разработка химических агентов для прерывания или блокирования восприятия изотиоцианатов, что помешает самкам находить растения-хозяева.

Дальнейшие исследования планируют изучить, используют ли другие насекомые, атакующие крестоцветные растения, специальные рецепторы для обнаружения изотиоцианатов и поиска растений для откладки яиц.