Изследователски екип от Нанкинския селскостопански университет в Нанкин, Китай, и Института Макс Планк за химическа екология в Йена, Германия, показа, че изотиоцианатите, произведени от кръстоцветни растения, за да се отблъснат от вредители, служат като сигнали за яйцеклетка. Защитните вещества на растенията служат като сигнали за миризма за женските на диамантения молец да снасят яйцата си върху тези растения. Учените идентифицираха два обонятелни рецептора, чиято единствена функция е да откриват тези защитни вещества и да насочват молците към идеалните места за яйцекладка. Те разкриха молекулярния механизъм, който обяснява защо някои насекоми, които се специализират в храненето на определени растения гостоприемници, са привлечени от вещества, за които се предполага, че предпазват вредителите.
От репелент до атрактант
Кръстоцветните растения, като зеле, рапица (рапица), горчица и хрян, произвеждат глюкозинолати. При механично увреждане на растителните тъкани, напр. причинени от дъвчещо насекомо, глюкозинолатите се хидролизират от ендогенния растителен ензим мирозиназа. Това води до образуването на различни токсични продукти на разпадане, главно изотиоцианати, за да се защитят от ненаситни насекоми. Този защитен механизъм е много ефективен срещу повечето тревопасни животни. Диамантеният молец Plutella xylostella обаче е развил собствени механизми, за да надхитри тази защита: той е в състояние да се храни успешно с растения от семейството на зелето и да използва растенията за собствените си репродуктивни цели.
"Искахме да знаем дали молците използват изотиоцианати като сигнали за миризма, за да намерят своите растения гостоприемници. Всъщност поведенческите експерименти показаха, че три изотиоцианати са ключови сигнали за женските молци да локализират и снасят яйца върху кръстоцветни растения“, казва ръководителят на изследването Шуанг-Лин Донг от Нанкинския селскостопански университет.
Два обонятелни рецептора, специализирани върху изотиоцианатите, контролират снасянето на яйца
Основният научен въпрос беше, какви са молекулярните механизми, на които женските молци Plutella xylostella основават избора си на място за яйценошение? Ето защо изследователите анализират кои обонятелни рецептори са силно експресирани при женските молци и изследват функцията на тези рецептори в ооцитите на жабата. „С този метод успяхме да проучим на кои миризми реагира отделен рецептор. Ние показахме, че два рецептора, OR35 и OR49, реагират на трите изотиоцианати, които по-рано идентифицирахме като решаващи за отлагането на яйца“, казва Маркус Кнаден от в института Макс Планк в Йена. Тези два рецептора не реагират на никакви други миризми, свързани с растенията, или на половите феромони на молците. Предполага се, че OR35 и OR49 са еволюирали, за да открият точно тези сигнали за снасяне на яйца. "Бяхме изненадани, че дори два рецептора са специално настроени към изотиоцианатите. Двата рецептора обаче откриват изотиоцианатите с различна чувствителност. Предполагаме, че по-чувствителният рецептор може да гарантира, че женските молци намират растения от разстояние, докато другият може да помогне за осигуряване на по-точно откриване на концентрацията на изотиоцианат. Това ще даде на женските молци повече информация за субстрата, върху който ще снасят яйцата си", казва Шуанг-Лин Донг.
Валидиране на генната функция с помощта на техники за нокаут на ген CRISPR-Cas9
Изследователите са използвали генетичните ножици CRISPR-Cas9, за да унищожат гените, кодиращи двата рецептора в молци. Този метод се използва за тестване на функцията на специфичен ген. За тестове за снасяне на яйца те са използвали растения от крес thale Arabidopsis thaliana, моделно растение, което принадлежи към семейството на кръстоцветните. Някои от тези растения са немодифицирани и произвеждат изотиоцианати, които са привлекателни за молците, докато другите са мутанти, които не са в състояние да произвеждат изотиоцианати. Когато един от двата рецептора е инактивиран, молците снасят значително по-малко яйца върху растенията, излъчващи изотиоцианати. Когато и двата рецептора бяха нокаутирани, молците не бяха в състояние да разграничат немодифицираните растения Arabidopsis и мутантните растения.
Измамници във взаимодействията между растения и насекоми
В хода на еволюцията растенията са разработили различни стратегии за защита срещу тревопасни животни. Решаваща част от взаимодействието растение-насекомо е химическата комуникация. "В повечето случаи е полезно растението да съобщи на потенциалните тревопасни животни, че неговата защитна система вече е активирана. Все пак винаги ще има някой, който злоупотребява с комуникацията за своя собствена полза, като в нашия случай диамантеният молец, който използва сигнал за защита на растенията като атрактант и снася яйца и се разпространява върху това растение“, казва Маркус Кнаден. Да разберем как тези „измамници“надхитрят защитите на растенията и дори да използват тези защити за свои собствени цели, може да помогне за подобряване на контрола на глобалните вредители по културите (като диамантения молец): „Нашите резултати предлагат различни подходи за контрол на този вредител: От една страна От друга страна, бихме могли да използваме идентифицираните изотиоцианати или други атрактивни вещества като атрактанти за улавяне на тези вредители. От друга страна, бихме могли да се опитаме да разработим химически агенти, които да прекъснат или блокират възприемането на изотиоцианатите и по този начин да пречат на местоположението на женските на техните растения гостоприемници, " обобщава Шуанг-Лин Донг.
Предвижда се по-нататъшни изследвания, за да се проучи дали други насекоми, които атакуват кръстоцветни растения, също използват специални рецептори за откриване на изотиоцианати и за локализиране на растенията за яйценошение. Резултатите могат да предоставят информация за степента, до която възприемането на тези миризми от специализирани рецептори е запазено и при други видове.
