Предательство тлей

Тли — разрушительные насекомые-вредители, наносящие огромный ущерб сельскому хозяйству по всему миру. Эти сосущие сок растений насекомые содержат в своей полости тела бактерии, которые необходимы для плодовитости и выживания тлей. Бактерия Buchnera также получает выгоду, поскольку не может расти вне тли. Однако, как обнаружила исследовательская группа под руководством учёных из Калифорнийского университета в Риверсайде, эта взаимовыгодная связь саботируется бактерией, которая предаёт тлю.

«Хотя это предательство непреднамеренно, оно тем не менее предупреждает растение о присутствии тли, и тли не могут размножаться в больших количествах», — сказала Исгуи Калосиан, профессор нематологии, руководившая исследованием. «Белковый компонент из бактерии, обнаруженный в слюне тли и, вероятно, доставляемый внутрь растения-хозяина тлёй, запускает иммунные реакции растения против тли. Похоже, что иммунная система растения нацелена на бактерию и использует строгую взаимозависимость между растением и тлёй, чтобы распознать тлю как нарушителя».

Результаты исследования опубликованы на этой неделе в Proceedings of the National Academy of Sciences.

Во время питания тли выделяют слюну в растение. Чтобы определить белковый состав слюны тли, исследователи собрали слюну более чем у 100 000 тлей. С помощью масс-спектрометрии они обнаружили 105 белков. Выяснилось, что эти белки имеют как тлевое, так и Buchnera-происхождение. Один из этих белков Buchnera, GroEL, оказался способным индуцировать иммунные ответы у растений.

«Ранее было известно, что GroEL запускает иммунитет у животных, — сказала Калосиан, член Института интегративной геномной биологии Калифорнийского университета в Риверсайде. — Однако наше открытие, что он индуцирует иммунитет у растений, является новым. Поскольку большинство тлей содержат Buchnera и, вероятно, имеют GroEL в своей слюне, этот бактериальный белок может в целом предупреждать растения о присутствии тлей. Как он распознаётся растениями, до сих пор неизвестно. Теперь GroEL можно использовать для создания устойчивости сельскохозяйственных культур к тлям».

По словам исследователей, поскольку Buchnera-родственные бактерии присутствуют у ряда насекомых (кроме тлей), их выводы, вероятно, будут широко применимы к другим членистоногим. GroEL и дополнительные белки из бактерий насекомых, вероятно, доставляются в растения через слюну насекомых и способствуют формированию взаимодействий «растение-насекомое».

«Примечательно, что большинство предсказанных для секреции белков слюны тли имели неизвестную функцию и отличались от тех, которые обычно секретируются микробами в растения, — сказала Калосиан. — Однако эти белки слюны тли также служат схожим целям в манипуляции метаболизмом растения. Таким образом, тли и микробы, по-видимому, эволюционировали разные молекулярные решения для достижения одних и тех же целей».

В настоящее время лаборатория Калосиан работает над идентификацией рецептора растения для GroEL, который инициирует иммунный ответ растения. Её команда также функционально характеризует белки слюны тли с неизвестной функцией, чтобы определить их роль.

«Мы хотели бы понять, как эти белки способны модулировать метаболизм хозяина и идентифицировать их мишени в хозяине», — сказала она.

В исследовании также участвовали Риту Чаудхари (первый автор статьи) и Хаго́п С. Атамиан из Калифорнийского университета в Риверсайде; а также Чжоусинь Шен и Стивен П. Бриггс из Калифорнийского университета в Сан-Диего. Шен и Бриггс провели масс-спектрометрический анализ. Исследователи использовали в экспериментах с тлями модельное растение Arabidopsis.