Как насекомые заставляют растения создавать галлы
Насекомые могут перепрограммировать рост растений, превращая обычные части растения в сложные укрытия — безопасные убежища для питания и размножения.
Эти структуры, называемые галлами, веками очаровывали биологов. Их создают различные насекомые, включая некоторые виды тлей, клещей и ос. Галлы принимают бесчисленные формы, специфичные по форме и размеру для вида насекомого, который их создал: от бугорков до конусообразных выступов и длинных тонких шипов. Некоторые даже напоминают цветы.
Насекомые создают галлы, манипулируя развитием растений. Выяснение того, как именно они это делают, «ощущается как одна из великих нерешенных проблем биологии», — говорит Дэвид Штерн. «Как организм одного царства берет под контроль геном организма из другого царства, чтобы полностью реорганизовать его развитие и создать для себя дом?»
Теперь Штерн и его коллеги идентифицировали первые примеры генов насекомых, которые напрямую направляют развитие галлов. Эти гены включаются в слюнных железах тлей и, по-видимому, направляют образование галлов, когда насекомые впрыскивают свою слюну в растения. Один из обнаруженных генов определяет, будут ли такие галлы красными или зелеными, сообщают исследователи в статье, опубликованной 2 марта в Current Biology.
«Я думаю, они открыли по сути новую территорию», — говорит Патрик Эббот. Существует высокая вероятность того, что подобные гены есть и у других насекомых. «Это заставляет меня бежать в лабораторию и начинать пересматривать свои данные».
Выяснение того, как изучать образование галлов, было давней проблемой, говорит Штерн. Несколько лет назад, гуляя по лесу кампуса Janelia, он сделал удобное наблюдение. Тли Hormaphis cornu создают галлы на деревьях гамамелиса, которые в изобилии растут на территории кампуса. Штерн заметил, что даже на одном листе одни тли создают зеленые галлы, а другие — красные. Это создало естественный эксперимент — возможность сравнить два визуально различных типа галлов и выяснить, чем генетически отличаются создающие их тли.
Когда команда секвенировала геномы тлей, создающих зеленые и красные галлы, они определили ген, который различался между двумя геномами. Тли с одной версией гена, названного ими «determinant of gall color», создавали зеленые галлы; тли с другой версией — красные. Этот ген не был похож на любые ранее идентифицированные гены.
Чтобы углубиться в исследование, они собрали тлей как с гамамелиса, так и с речной березы. В лаборатории исследователи тщательно выделили крошечные слюнные железы насекомых. В этих железах команда искала гены, которые включались только у тлей, создающих галлы. Они обнаружили, что ген determinant of gall color был похож на сотни других генов, которые все включались именно у галлообразующих тлей. Команда Штерна назвала эту группу bicycle-генами.
Галлообразующие тли на гамамелисе включают эти гены для производства BICYCLE-белков. Насекомые, вероятно, впрыскивают эти белки в клетки растений, чтобы перепрограммировать ткань листа на создание галла вместо нормальных частей растения, говорит Айшвария Коргаонкар.
Команда сейчас работает над идентификацией молекул растений, на которые нацелены BICYCLE-белки тлей. Это может помочь понять, как именно BICYCLE-белки побуждают растения формировать галлы.
«После многих лет размышлений о том, что происходит, очень приятно иметь что-то, что можно показать», — говорит Штерн.