На пути к феромонам огненных муравьев

Огненные муравьи (Solenopsis invicta) — одни из 100 худших инвазивных видов в мире, прочно обосновавшиеся на юге и юго-западе США. Их укусы болезненны и опасны для мелких животных и людей с гиперчувствительностью. Вредитель наносит ущерб городским, сельскохозяйственным и природным зонам, обходясь стране в $7 млрд ежегодно на борьбу, ремонт и медицинскую помощь.

Ученые из Службы сельскохозяйственных исследований (ARS) исследуют биологически обоснованные методы контроля, фокусируясь на феромонах — химических сигналах, управляющих поведением колонии (следование по следу, привлечение к матке, спаривание).

След нейропептида PBAN

Энтомолог Ман-Ён Чой и химик Роберт Вандер Меер впервые показали, что нейропептидный гормон PBAN (pheromone biosynthesis activating neuropeptide), открытый в 1980-х у бабочек, активирует выработку следового феромона у рабочих огненных муравьев. Этот феромон помогает отмечать путь от гнезда к пище.

  • У каждого изученного насекомого есть вариант PBAN (известно более 200 подобных пептидов), но его функция вне чешуекрылых была неясна.
  • Инъекция специфичного PBAN муравьям значительно увеличила производство феромона.
  • Ученые также идентифицировали ген рецептора PBAN и обнаружили его экспрессию в железе Дюфура, которая производит следовой феромон.

Технология РНК-интерференции (RNAi) для проверки функции

Для подтверждения роли PBAN использовали метод RNAi, подавляющий экспрессию гена с помощью двуцепочечной РНК (dsRNA).

  • Инъекция dsRNA для гена PBAN или его рецептора привела к снижению выработки следового феромона по сравнению с контрольной группой.
  • Это подтвердило, что функция PBAN не ограничена бабочками — он задействован в биосинтезе феромонов и у муравьев.

RNAi как потенциальный метод контроля вредителей

Подавление выработки следового феромона может ограничить сбор ресурсов и миграцию колонии. Однако выяснилось, что ген PBAN экспрессируется на всех стадиях жизненного цикла муравья, указывая на его множественные функции.

  • Подавление гена PBAN с помощью RNAi вызвало повышенную смертность у взрослых особей и личинок, а у куколок — задержку развития и высокую смертность.
  • Ключевое открытие: рабочие особи, ухаживающие за расплодом, которые потребляли PBAN RNAi с сахарным сиропом, срыгивали его личинкам, что приводило к высокой гибели потомства.

Работу расширили на кукурузного листового червя (Helicoverpa zea), опасного вредителя сельхозкультур. Добавление PBAN RNAi в рацион личинок привело к:

  • Снижению темпов роста.
  • Неспособности окукливаться.
  • Снижению количества полового феромона у выживших самок бабочек.

Патенты и перспективы

  • ARS уже получен патент на использование RNAi для контроля муравьев.
  • Поданы еще три заявки на патент, касающиеся подавления гена PBAN или его рецептора у огненных муравьев и бабочек.
  • Ученые планируют выяснить, активирует ли PBAN и другие феромоны. Работа по применению RNAi продолжается в рамках соглашения с партнером из частной промышленности.
2014-04-14