Тли используют зрение, чтобы избегать смертельных бактерий: возможный путь к контролю вредителей

Гороховые тли — серьезный сельскохозяйственный вредитель — способны видеть и избегать распространенных убивающих их бактерий на листьях растений. Это показало новое исследование Корнеллского университета, опубликованное в Current Biology.

Гороховые тли лишены генов иммунного ответа, что делает их крайне восприимчивыми к инфекциям. В лаборатории все тли, зараженные вирулентными штаммами бактерий, погибали. Они компенсируют иммунный дефицит массовым размножением, но всё равно могут гибнуть от бактериальных инфекций с высокой скоростью.

Оказалось, что бактерии (Pseudomonas syringae) и все представители рода Pseudomonas содержат соединения пиовердин, которые связывают железо, а также флуоресцируют в ультрафиолетовом (УФ) свете — длинах волн, присутствующих в солнечном свете. Более того, гороховые тли могут различать уникальный сине-зеленый свет, который излучают вирулентные штаммы P. syringae.

Последствия для борьбы с вредителями

Результаты имеют значение для контроля вредителей. Например, фермеры, занимающиеся органическим земледелием, могли бы наносить пиовердин или вирулентную P. syringae на листья, чтобы отпугивать тлей, хотя для проверки эффективности этих стратегий необходимы дополнительные исследования.

"Тли — переносчики болезней растений, они передают вирусные заболевания, и это один из их основных экономических impacts", — сказала Тори Хендри, доцент микробиологии Корнеллского университета и один из ведущих авторов статьи. — "Предотвращение изначального заселения тлей на растения может сильно повлиять на вирусную передачу".

Ход исследования

Изучая влияние бактерий на тлей, Хендри и её коллеги заметили, что тли редко едят искусственный сок с добавлением вирулентной P. syringae. Дальнейшие тесты показали, что тли, имея выбор пищи, последовательно избегали кормления, когда в пище присутствовала вирулентная P. syringae.

Используя листья конских бобов с двумя листочками, разделенными стеблем, исследователи нанесли раствор с бактериями на один листочек, а другой оставили чистым в качестве контроля. Они тестировали разные штаммы бактерий — как безвредные, так и вирулентные.

Когда тлей выпускали у основания растений, они предпочитали контрольные листья и избегали листьев с некоторыми бактериальными штаммами. "Это коррелировало с вирулентностью: они избегали более вирулентные штаммы, а не менее опасные", — сказала Хендри.

Роль зрения и флуоресценции

Предыдущие исследования показали, что тли демонстрируют цветовые предпочтения, а бактерии рода Pseudomonas флуоресцируют. "Это натолкнуло меня на мысль, что, возможно, зрение важно, и мы могли бы проводить анализы в темноте", — отметила Хендри.

Команда провела аналогичные тесты под пластиком, блокирующим УФ-свет, и тли нормально питались со всех листьев, включая те, что были с смертельными бактериями. В другом эксперименте использовали мутантную форму вирулентной P. syringae, которая не производит флуоресцентное соединение пиовердин. Тли ели с листьев, покрытых этими бактериями, и погибали. Другие эксперименты, использовавшие разные подходы, чтобы проверить, избегают ли тли флуоресцирующих смертоносных бактерий, неизменно показывали тот же результат.

Соавтор Расселл Лигон, изучающий сенсорную экологию, измерил свет, отражавшийся от листьев с бактериями P. syringae. Его исследования показали, что вирулентные штаммы бактерий, которых избегали тли, были более синими по сравнению с более безвредными штаммами, в диапазонах, которые тли должны видеть, исходя из их синих, зеленых и УФ-оптических колбочек.

"Цвета, которые тли лучше всего обнаруживают, идеально совпадают с цветом флуоресценции, которую производят [вирулентные] бактерии", — сказала Хендри. — "Это довольно безумно, что что-то может видеть бактерии в принципе. Тли не считаются обладателями острого зрения; они не кажутся такими уж сообразительными. Но к этому они очень чувствительны".

Будущие исследования

Будущие исследования будут изучать, отпугивают ли тлей от растений сами бактерии или пиовердин сам по себе. Также планируется изучить эволюцию этой черты, рассматривая разные виды тлей и их взаимодействие с вирулентной P. syringae.