Статистический анализ метаболитов растений позволяет проверить теории защиты растений
Ученые из Института химической экологии Макса Планка в Йене (Германия) и Института молекулярной биологии растений CNRS/Университета Страсбурга (Франция) впервые проверили две давние гипотезы о защите растений, используя табак Nicotiana attenuata и его близких родственников.
Две конкурирующие теории
Существуют две основные теории о регуляции защитных веществ у растений:
- Теория оптимальной защиты: растения адаптируют метаболизм целенаправленно, чтобы производить эффективные против атакующих соединения.
- Теория "движущейся мишени": изменения метаболизма случайны и непредсказуемы для вредителей, что мешает им адаптироваться.
Методология исследования
Ученые подвергли растения атаке двух видов травоядных:
- Специалист: гусеницы табачного бражника (Manduca sexta), адаптированные к пасленовым.
- Генералист: гусеницы хлопковой совки (Spodoptera littoralis), питающиеся многими растениями.
Для анализа реакции растений использовали:
- Масс-спектрометрию для обширных измерений известных и неизвестных метаболитов.
- Статистические меры, производные от теории информации, для оценки данных.
Ключевые результаты
- Метаболические изменения у Nicotiana attenuata при атаке обоих видов гусениц оказались высоко направленными. Это подтверждает теорию оптимальной защиты: растения целенаправленно реорганизуют метаболизм для образования защитных веществ.
- Статистические индексы для профилей метаболизма, вызванных питанием специалиста и генералиста, в значительной степени совпадали, несмотря на разное пищевое поведение вредителей.
- Направленность метаболического ответа контролируется в основном небольшими модификациями в каскаде сигналов растительных гормонов, в частности жасмоновой кислоты. Это было показано в сравнительных экспериментах с генетически модифицированными растениями, разными популяциями одного вида и близкородственными видами.
Значение и перспективы
Исследование предоставляет вычислительный подход, сочетающий инновации в вычислительной метаболомике и статистические концепции теории информации, для беспристрастного и целостного анализа метаболизма растений. В дальнейшем ученые планируют применить этот подход для изучения влияния циркадных и суточных ритмов на метаболизм.
Публикация: Science Advances.
