Дикие томаты подсказывают, как снизить использование пестицидов

Исследователи из Университета штата Мичиган считают, что использование пестицидов можно сократить, взяв на вооружение защитные механизмы диких растений.

Команда идентифицировала эволюционную функцию у диких томатов, которую современные селекционеры могут использовать для создания устойчивых к вредителям культурных сортов.

Исследование, опубликованное в Science Advances, проследило эволюцию конкретного гена, который производит липкое соединение на кончиках трихом (волосков) растения Solanum pennellii, произрастающего в пустыне Атакама в Перу. Эти липкие волоски действуют как естественный репеллент, защищая растение и повышая его шансы на выживание и размножение.

«Мы обнаружили ген, который есть у этого дикого растения, но отсутствует у культурных томатов, — сказал Роб Ласт, профессор биохимии растений. — Фермент, подобный инвертазе, создает инсектицидные соединения, не встречающиеся у обычных садовых томатов. Этот защитный признак можно внедрить в современные растения».

По словам Ласта, современные культурные томаты производят меньше таких соединений, потому что селекционеры, не зная об их адаптивной функции, отбирали растения по признаку отсутствия нежелательных черт, таких как липкость.

Брайан Леонг, аспирант и соавтор исследования, изучает, как дикие растения эволюционировали для устойчивости к насекомым.

«Мы хотим, чтобы наши томаты адаптировались к стрессу, как этот дикий вид, но мы можем сделать это, только понимая признаки, которые делают их устойчивыми, — сказал Леонг. — Мы используем эволюцию, чтобы научиться быть лучшими селекционерами. Например, как мы можем увеличить урожайность, создав устойчивое к вредителям растение и устранив необходимость опрыскивания полей инсектицидами?»

Используя современные технологии, включая CRISPR, команда применила генетические и геномные подходы к дикому томату, чтобы обнаружить функции конкретных генов и метаболических путей. Была идентифицирована специфичная для клеток кончиков липких волосков инвертазоподобная фермент. У дикого томата этот фермент эволюционировал, чтобы способствовать производству новых инсектицидных соединений.

«Это гонка во времени между поедаемым и поедающим, — сказал Леонг. — Насекомые выигрывают, поедая растения. Однако эволюция благоприятствует растениям, которые производят больше семян. Мы надеемся взять уже готовые защитные уроки растений и применить их к существующим культурам».

Это открытие — шаг к пониманию естественной устойчивости Solanum pennellii, что может позволить внедрить этот признак в культурные томаты с помощью традиционных методов селекции.

«Растения — удивительные биохимические фабрики, производящие множество необычных соединений с защитными свойствами, — сказал Клифф Вейл, директор программы Национального научного фонда, финансировавшего исследование. — Авторы обнаружили, что обычный фермент был перепрофилирован для формирования таких соединений, что дает нам важное понимание того, как жизнь способна приспосабливать существующие инструменты для новых целей».