Российские исследователи провели транскриптомный анализ колорадского жука (Leptinotarsa decemlineata) во время развития инфекций, вызванных энтомопатогенными грибами. Они обнаружили масштабную перестройку работы генов, связанных с иммунитетом насекомого. Результаты помогут разработать новые биологические методы борьбы с одним из самых опасных вредителей картофеля. Результаты исследования опубликованы в журнале Insect Molecular Biology.
Работа выполнена сотрудниками нескольких научных центров, включая институты Сибирского отделения РАН и исследователей МГУ. Ученые изучили две ключевые ткани насекомого — гемоциты и жировое тело — именно в момент иммунной реакции, когда клетки гемолимфы окружают и изолируют патоген. Такой подход позволил проследить молекулярные механизмы защиты вредоносного жука в реальном времени.
В ходе анализа исследователи выявили более 3500 генов, активность которых меняется при заражении насекомого грибами Beauveria bassiana и Metarhizium robertsii. Эти микроорганизмы считаются перспективными агентами биологического контроля вредителей, однако устойчивость колорадского жука к различным воздействиям долгое время затрудняла их эффективное применение. Полученные данные позволяют понять, какие защитные механизмы включаются у насекомого и как можно ослабить его иммунный ответ.
Разные стратегии защиты от разных патогенов
Сравнение реакции на два вида грибов показало, что личинки колорадского жука используют различные иммунные стратегии. Изменения касаются генов, отвечающих за распознавание патогена, синтез антимикотических белков и клеточные механизмы инкапсуляции. Эти различия объясняют, почему биологические препараты на основе грибов иногда демонстрируют неодинаковую эффективность.
Значение открытия для сельского хозяйства
Колорадский жук считается одним из наиболее устойчивых сельскохозяйственных вредителей. Он быстро приспосабливается к химическим инсектицидам и способен формировать устойчивость к новым препаратам. Генетические исследования показывают, что высокая изменчивость его генома облегчает адаптацию к различным методам дезинсекции.
Ранее ученые обнаруживали у колорадского жука специфические вирусы и сложные микробные сообщества, которые могут влиять на восприимчивость к инфекциям и эффективность биоконтроля. Это делает разработку точечных биологических методов особенно актуальной.
По мнению авторов работы, понимание генетической реакции вредителя на заражение позволит создавать более точные биопрепараты, к которым у насекомого будет значительно сложнее выработать устойчивость.
Препараты, основанные на подавлении экспрессии определенных генов колорадского жука, уже существуют (например, они зарегистрированы в США): жук поедает опрысканные ими растения, в результате чего у него выключаются жизненно важные функции и он погибает. Однако такие препараты действуют довольно медленно и к ним, как и к химическим инсектицидам, формируется устойчивость. У нас подход немного другой: мы планируем подавлять не жизненно важные гены, а ключевые узлы иммунитета, связанные с устойчивостью к естественным патогенам. Тогда вероятность того, что жук станет устойчив к этим средствам, очень низка.Вадим Крюков
Недавно мы рассказали, как «добрые» грибки спасают растения от «злых» грибков, подавляя их размножение.