Как нематоды обходят защиту вредителей
Западный кукурузный жук, один из самых опасных вредителей кукурузы в мире, может использовать защитные соединения растений для самозащиты от своих естественных врагов — энтомопатогенных нематод. Однако нематоды, в свою очередь, могут вырабатывать иммунитет к этим соединениям, что повышает их способность бороться с вредителем. Это показали исследователи из Бернского университета. Данный механизм может способствовать улучшению биологической борьбы с вредителями.
Западный кукурузный жук наносит экономический ущерб в размере более 2 миллиардов долларов США при выращивании кукурузы. Изначально американский вредитель сейчас вторгается в Европу, включая Швейцарию.
Успешный вредитель
В более раннем исследовании Кристель Робер и Маттиас Эрб из Института наук о растениях (IPS) Бернского университета выяснили одну из стратегий успеха западного кукурузного жука. Растения кукурузы накапливают в корнях определённые защитные вещества — бензоксазиноиды. Эти вещества вредны для многих вредителей. Однако кукурузный жук выработал стратегию детоксикации этих соединений. Личинки жука становятся устойчивыми к защите растения. Более того — личинки накапливают бензоксазиноиды в своих телах и используют их для самозащиты от собственных врагов, включая паразитических круглых червей (энтомопатогенных нематод). Эта стратегия жука особенно важна, поскольку нематоды используются как агенты биологического контроля против этого вредителя.
Выведение полезных организмов для борьбы с вредителями
Исследователи сравнили нематод из районов, где присутствует западный кукурузный жук, с нематодами из районов, где его нет. «Мы обнаружили, что нематоды из заражённых районов устойчивы к бензоксазиноидам, в отличие от нематод из других районов», — говорит Си Чжан, работавшая над проектом в качестве аспирантки. В лаборатории исследователи наблюдали, что нематоды, подвергавшиеся воздействию кукурузного жука, становились устойчивыми к защитным веществам растений всего за несколько поколений. «Скорость этой адаптации нас удивила», — отмечает Чжан.
Результаты исследования, опубликованного в журнале PNAS, особенно актуальны для биологической борьбы с вредителями. «Полезные насекомые, такие как нематоды, устойчивые к защитным веществам растений, могут сдерживать насекомых-вредителей, которые накапливают эти вещества из растения», — объясняет соавтор исследования Рикардо Мачадо. Этот признак может быть приобретён очень быстро с помощью целенаправленного отбора и является перспективной целью для селекции. «Мы ожидаем, что многие другие полезные организмы можно улучшить, сосредоточившись на их способности противостоять защитным соединениям растений», — говорит Мачадо.
На следующем этапе исследователи нацелены на симбиотические бактерии нематод, чтобы сделать их устойчивыми к бензоксазиноидам, и протестировать улучшенные агенты биоконтроля в полевых условиях.
Защитные соединения растений формируют пищевые цепи
В исследовательском проекте, финансируемом Швейцарским национальным научным фондом (SNSF), учёные использовали комбинированный подход поведенческой экологии, аналитической химии и генетики растений. Результаты иллюстрируют важность защитных соединений растений, таких как бензоксазиноиды, для эволюции и динамики пищевых цепей. «Гонка вооружений между растениями и травоядными часто рассматривается как двигатель химического и биологического разнообразия этих двух групп», — говорит соавтор Кристель Робер. «Наше исследование показывает, что защитные соединения растений могут влиять на эволюцию целых пищевых цепей».
В рамках межфакультетского исследовательского сотрудничества «Единое здоровье» в Бернском университете исследователи недавно начали изучать, как бензоксазиноиды влияют на здоровье животных и людей.