Хищные златоглазки не боятся токсинов в своих жертвах

Химические защиты растений влияют не только на растительноядных насекомых, но и на их хищников. Новое исследование показывает, что и те, и другие выработали эффективные стратегии борьбы с токсичными вторичными метаболитами растений. Гусеницы капустной моли (Plutella xylostella) используют специфический фермент кишечника, чтобы обезвреживать токсичные вещества своего растения-хозяина. Без активности этого фермента их рост, выживаемость и размножение нарушаются. Тем не менее, личинки хищных златоглазок поедают отравленных гусениц без серьёзных последствий, поскольку обладают собственным механизмом детоксикации. Результаты опубликованы в журнале eLife.

Детоксикация у вредителя

Чтобы питаться растением, фитофагам нужно преодолеть его химическую защиту. Одна из таких групп соединений — глюкозинолаты, которые производят все виды крестоцветных (капуста, брокколи, хрен, а также модельное растение Arabidopsis thaliana). Глюкозинолаты легко превращаются в токсичные изотиоцианаты.

Учёные из Института химической экологии Макса Планка (Йена, Германия) и Индийского института научного образования и исследований (Пуна, Индия) исследовали ферментативную трансформацию глюкозинолатов у капустной моли. Они показали, что личинки, питающиеся крестоцветными, производят больше специфического детоксицирующего фермента. Личинки, лишённые способности производить этот фермент, демонстрировали явные нарушения развития на растениях с глюкозинолатами: снижение роста, более низкую выживаемость и меньшее потомство. Химический анализ показал, что в этих гусеницах накапливалось большое количество ядовитых изотиоцианатов.

Это доказало, что ферментативная детоксикация критически важна для выживания капустной моли. Однако, как отмечает руководитель исследования Даниэль Гиддингс Вассао, производство фермента обходится насекомым дорого: «Насекомые чувствуют себя намного лучше на растениях вообще без глюкозинолатов. Экология защиты растений очень сложна. Даже когда фитофаг разработал химическую реакцию для детоксикации, растение может продолжать производить защитные соединения, пока детоксикация истощает ресурсы насекомого».

Устойчивость хищника

Учёные также исследовали, влияют ли защитные соединения растений на следующий уровень пищевой цепи — хищных насекомых, поедающих этих гусениц. Личинки златоглазки — прожорливые хищники, используемые в биологической борьбе с вредителями.

«Мы думали, что блокирование химической трансформации глюкозинолатов у гусениц негативно скажется на хищных златоглазках. Однако, к нашему удивлению, мы обнаружили, что златоглазки почти не страдали, питаясь такими гусеницами», — комментирует первый автор работы Руо Сун.

Не имеет практически никакого значения, питаются ли личинки златоглазки гусеницами, способными детоксицировать глюкозинолаты, или гусеницами, содержащими высокотоксичные изотиоцианаты. Личинки златоглазок растут немного медленнее, питаясь исключительно ядовитыми гусеницами, но это не влияет на их приспособленность и не меняет выбор жертвы. Дальнейшие исследования показали, что личинки златоглазок также способны обезвреживать изотиоцианаты, хотя используют для этого механизм, отличный от механизма капустной моли.

Перспективы для борьбы с вредителем

Результаты представляют интерес для разработки стратегий борьбы с этим экономически важным вредителем. «Наше исследование показывает, что способность капустной моли выживать и успешно развиваться на растениях с глюкозинолатами зависит от её способности химически метаболизировать эти защиты. В то же время обычная зелёная златоглазка, универсальный хищник капустной моли, также метаболизирует глюкозинолаты, но другим способом», — говорит директор департамента биохимии Джонатан Гершензон.

Таким образом, будущие усилия по контролю капустной моли могут использовать комплексную стратегию: вмешательство в систему детоксикации вредителя при одновременном использовании хищников, таких как златоглазки, которые не страдают, даже если фитофаг лишён системы детоксикации.