Трехстороннее взаимодействие между травоядными, растениями и микробами раскрыто
То, что выглядит как гусеница, жующая лист, или жук, поедающий плод, скорее всего, является трехсторонней битвой, которая выгодна большинству, если не всем участникам процесса, согласно энтомологу из Университета Пенсильвании.
Растения подвергаются атакам множества микробов и травоядных, но способны специфически воспринимать угрозу и запускать соответствующие защитные механизмы. Однако травоядные могут обходить защиту растений, используя симбиотические бактерии, которые обманывают растение, заставляя его воспринимать угрозу от травоядного как микробную, подавляя защиту растения от травоядных.
Исследование было сосредоточено на двух сельскохозяйственных вредителях — гусенице хлопковой совки (томатной плодожорке) и колорадском жуке — реакциях растений на них и микробах, которых они переносят.
Механизмы защиты растений и обходные пути вредителей
Растения имеют две линии защиты:
- Реакция на механическое повреждение (жевание), регулируемая жасмоновой кислотой.
- Реакция на микробные патогены, запускаемая, когда насекомое срыгивает содержимое желудка с микробами на растение; регулируется салициловой кислотой.
Симбиотические микробы насекомых могут нарушать эти пути:
У томатной плодожорки: Паразитоидные насекомые, откладывая в гусеницу яйца, вводят также симбиотический вирус. Этот вирус подавляет иммунную систему гусеницы и убивает компонент в ее слюне, который сигнализирует растению об атаке. В результате растение "не понимает", что его едят, и не активирует химическую защиту. Это выгодно гусенице и симбиотическому микробу.
У колорадского жука: Когда жук срыгивает на лист, бактерии из его кишечника запускают у растения микробный ответ (салициловый путь), но при этом отключают ответ на жевание (жасмоновый путь). Бактерии получают возможность распространяться, а жук беспрепятственно объедает листья.
Особенности взаимодействия
- Колорадский жук подавляет жасмоновый ответ растения только при питании томатами или картофелем, но не другими пасленовыми (баклажаны, перец). Симбиотические бактерии развиваются в кишечнике жука только при диете из томатов и картофеля.
- Колорадский жук выработал устойчивость ко многим инсектицидам. Даже неоникотиноиды, широко использовавшиеся более двух десятилетий назад, могут терять свою эффективность.
Перспективы для сельского хозяйства
Понимание взаимодействия между растениями, их вредителями и микробами может помочь в разработке методов контроля.
- Можно манипулировать системой, чтобы растения влияли на бактерии вредителей.
- Пробиотики (смеси специфических бактерий или вирусов) могли бы изменить микробиом кишечника вредителя в пользу растения.
- Некоторые микробы, наоборот, стимулируют рост растений и усиливают их защитные системы. Некоторые бактерии гусениц, по-видимому, ускоряют прорастание семян.
- Многие компании инвестируют в полезные природные микробы растений, что может повысить продуктивность сельского хозяйства.