Соединения сорго, отпугивающие насекомых, могут стать экологичным пестицидом
Соединения, которые растения сорго производят для защиты от насекомых, можно выделить, синтезировать и использовать в качестве целевого нетоксичного репеллента. К такому выводу пришли исследователи, изучившие взаимодействие растений и насекомых в полевых, тепличных и лабораторных условиях.
Учёные изучили роль химических веществ сорго — флавоноидов, а именно 3-дезоксифлавоноидов и 3-дезоксиантоцианидинов — в обеспечении устойчивости к кукурузной тле, мелкому сине-зелёному насекомому, высасывающему сок растений. Для защиты от вредителей сорго эволюционно выработало механизмы, включающие биосинтез вторичных метаболитов, таких как флавоноиды, которые отравляют насекомых.
Предыдущее исследование показало, что накопление этих флавоноидов в сорго регулируется геном yellow seed1, который контролирует реакции на стрессы, такие как грибковые патогены.
В текущем исследовании выращивали две почти идентичные линии сорго:
- Линия с функциональным геном y1, производящая флавоноиды.
- Мутантная линия null y1, не обладающая функциональным геном и не производящая флавоноиды.
При сравнении двух линий растений выяснилось:
- Значительно больше взрослых особей кукурузной тли колонизировало растения null y1 по сравнению с растениями с функциональным геном y1.
- Тля активно питалась растениями null y1, из-за чего у некоторых появились признаки стресса (пожелтевшие листья).
- Растения сорго, производившие флавоноиды, имели гораздо меньше тли и не показали негативных последствий от её питания.
Тепличные эксперименты подтвердили, что тля явно предпочитает питаться и размножаться на растениях null y1, при этом взрослые особи производили гораздо больше нимф.
В лабораторном эксперименте одной группе тли давали питаться тканями листьев сорго с добавлением экстракта, содержащего флавоноиды. Через несколько дней большая часть этой тли погибла, а размножение прекратилось — ни у одной особи не было нимф до гибели.
Флавоноиды содержатся не в флоэме (сосудистой ткани, проводящей сахара), а в эпидермальных клетках, образующих самый внешний защитный слой. Когда тля многократно прокалывает эти клетки своим хоботком, она поглощает флавоноиды, что приводит к её гибели.
Результаты, опубликованные в Journal of Chemical Ecology, указывают, что флавоноиды потенциально можно использовать в качестве мощных репеллентов для защиты сельскохозяйственных культур.
«Сорго эволюционировало, чтобы точно производить соединения, обеспечивающие защиту от вредных насекомых-хищников, и при этом эти химические вещества в их защите не вредят полезным насекомым. Если бы мы могли разработать нетоксичные инсектициды, это изменило бы правила игры, учитывая, что токсичность синтетических пестицидов вызывает большую озабоченность и они считаются опасными для здоровья человека», — отметил профессор Суриндер Чопра.
Чопра подал заявку на патент на использование флавоноидов в качестве репеллентов для насекомых. Он указал, что, хотя исследований нужно провести гораздо больше, самое важное — это то, что флавоноиды являются натуральными продуктами растений, не вызывают загрязнения и не вредят здоровью человека или животных.
Это исследование может стать ранним шагом на пути к разработке новых фитохимикатов для защиты растений. «То, насколько хорошо флавоноиды работают против других травоядных, изучается, но мы знаем, что против кукурузной тли они очень, очень эффективны», — заключил Чопра.