Современным селекционерам устойчивой кукурузы следует знать, что вещество, используемое растениями для защиты от вредителей, может непреднамеренно помогать корневым паразитическим нематодам находить своего хозяина.
Это следует из нового исследования, опубликованного в научном журнале Nature Plants. Ключ кроется не только в самом растении или нематоде, но и в тонком взаимодействии с почвенными бактериями.
Корневая нематода Meloidogyne incognita (южная галловая нематода) поражает корни, вызывая образование галлов и нарушая поглощение воды и питательных веществ. Это приводит к значительным потерям урожая многих культур, включая кукурузу. Долгое время оставалось неясным, как эти микроскопические существа находят своих хозяев в сложной почвенной среде.
Международная исследовательская группа под руководством Чжэцзянского университета в Китае при значительном участии Вагенингенского университета и исследовательского центра показала, что сами растения кукурузы непреднамеренно играют в этом роль.
Корни кукурузы выделяют бензоксазиноиды: химические вещества, известные своими защитными свойствами от насекомых. В этом исследовании ученые сосредоточились на MБOA, продукте распада бензоксазиноидов - 6-метокси-2-бензоксазолинон), который проникает в почву через корни.
«Эти вещества обычно рассматриваются как прямая защита. Мы показали, что в данном случае они оказывают косвенное воздействие, которое фактически помогает паразитическим нематодам», — говорит исследователь Вагенингенского университета Хосе Лосано Торрес, участвовавший в научной работе.
То, что это не совпадение, очевидно из экспериментов, проведенных на самих нематодах. Исследователи выявили три хемосенсорных гена, необходимых для восприятия летучих веществ бактерий. Когда эти гены были отключены, нематоды потеряли способность «обонять». Они перестали реагировать на летучие вещества и обычно не могли обнаружить корни. «Блокируя эти гены, мы, по сути, ослепили нематод, лишив их сигналов от микробиома. Без этого бактериального посредника весь механизм рушится», — говорит Лосано Торрес.
В стерильных почвах, лишенных микроорганизмов, нематоды практически не реагировали на МБОА. Только в живой почве они сильно притягивались к корням. Это указало исследователям на решающую роль почвенного микробиома. МБОА изменяет состав микробиома вокруг корней. Он стимулирует рост определенных бактерий, в то время как другие сокращаются. Этот сдвиг, по-видимому, имеет решающее значение для дальнейших действий.
Бактерии, стимулируемые MБOA, включая виды из родов Pseudomonas и Citrobacter, продуцируют летучие органические соединения. Два соединения оказались решающими: 1-ундеканол и 2-фенилэтанол. Эти летучие соединения распространяются по почве и служат сигналами для нематод. Нематоды обнаруживают эти бактериальные соединения и используют их в качестве своего рода пахучего следа, чтобы найти корни.
Полученные результаты имеют важное значение для сельского хозяйства и селекции растений.
Во многих селекционных программах растения отбираются с более высоким содержанием бензоксазиноидов для ограничения повреждений насекомыми. Данное исследование демонстрирует, что такие стратегии могут иметь непредвиденные побочные эффекты.
«Сорта, хорошо защищенные от насекомых таким образом, одновременно могут стать более привлекательными для нематод. Это означает, что селекционерам, возможно, потребуется пересмотреть баланс между различными защитными свойствами», — говорит Лосано Торрес.
По словам исследователей, ситуация является ярким примером того, что они называют «экологическим захватом»: паразит использует коммуникацию между растением и его микробиомом в своих интересах. Это предлагает принципиально иной взгляд на роль защитных соединений растений. «Фокус смещается с прямого взаимодействия между растением и паразитом на систему с участием трех игроков. Растение, микробиом и нематода тесно связаны», — говорит Лосано Торрес.
Значит, управление почвой также представляется потенциальным рычагом. Поскольку привлекательность зависит от конкретных бактерий, возможно целенаправленное управление микробиомом. Это можно сделать, например, путем стимулирования роста бактерий, которые не производят привлекательных летучих соединений или которые конкурируют с рассматриваемыми видами.
Наконец, исследователи указывают на новые отправные точки для борьбы с нематодами. Выявленные обонятельные рецепторы могут служить мишенями для веществ, нарушающих ориентацию нематод, без использования широкоспектральных агрохимических нематицидов.
Источник: Wageningen University & Research.
Интересна тема? Подпишитесь на наши новости в ДЗЕН | Канал в Telegram | Группа Вконтакте | Дзен.новости.