Гусеницы американской кукурузной совки Helicoverpa zea, которых фермеры называют просто кукурузной гусеницей, являются одним из экономически важных насекомых-вредителей «царицы полей», но также поедают сои, томаты и другие культуры. В новом исследовании ученые определили некоторые линии кукурузы с повышенным содержанием флавоноидов, губительных для кукурузных гусениц, с целью дальнейшей селекции.
В США гусеницы кукурузной совки наносят ущерб во всех регионах выращивания культуры. Зрелые самки H. zea откладывают яйца на появляющиеся шелковистые нити початка, а также на поверхности листьев, если шелковые нити недоступны. Яйца вылупляются в течение 2–8 дней, и большинство личинок зарываются в шелк до кончика початка, питаясь шелком, кончиками початков и развивающимися зернами, хотя некоторые могут питаться снаружи листьями, что редко вызывает повреждения во время вегетативной стадии. Хотя полное развитие личинки может происходить полностью внутри кончика початка, где зерна не формируются, сочетание поздних дат посадки, сильного заражения или восприимчивых сортов может привести к серьезной потере урожая.
Урожайность сладкой кукурузы в большей степени страдает из-за воздействия повреждений на товарность початка. Кроме того, для полевой кукурузы повреждения, нанесенные травоядными, могут служить точками входа для заражения патогенами, продуцирующими микотоксины, которые представляют значительную угрозу для здоровья человека и животных.
Поскольку появляется все больше доказательств того, что все более экстремальные погодные явления и температуры усугубят ущерб, наносимый сельскохозяйственной продукции насекомыми-вредителями, в ответ на угрозу группа исследователей из Университета штата Пенсильвания продемонстрировала, что генетические линии кукурузы содержат врожденные соединения, которые служат инсектицидами, защищая растения от личинок, которые ими питаются.
В результатах, недавно опубликованных в интернете в преддверии мартовского выпуска журнала Plant Stress , исследователи сообщили, что личинки кукурузной гусеницы, питающиеся рыльцами, шелухой и зернами кукурузных линий, содержащих большое количество флавоноидов - химических веществ, которые играют важную роль во многих биологических процессах и реакциях растений на факторы окружающей среды , - растут гораздо медленнее и многие из них погибают по сравнению с личинками, питающимися кукурузными линиями без флавоноидов.
Исследователи обнаружили, что в дополнение к повышенной смертности и снижению массы тела у личинок, питающихся кукурузными линиями с высоким содержанием флавоноидов, развился синдром, похожий на синдром дырявого кишечника, что предполагает участие изменений микробиома в кишечнике личинок. Более того, у личинок, потребляющих богатую флавоноидами шелуху, изменилась экспрессия генов, связанных со здоровьем кишечника.
В ходе исследования ученые сравнили, как личинки кукурузной гусеницы выживают на генетически идентичных штаммах, за исключением нескольких известных различий в составе кукурузы: в данном случае у некоторых наблюдается высокое содержание флавоноидов в рыльцах, шелухе и зернах, а у других - нет.
Кукуруза, выращенная на агрономической ферме в Центре сельскохозяйственных исследований имени Рассела Э. Ларсона в Университете штата Пенсильвания, включала линию, модифицированную с геном, запускающим выработку флавоноидов, и линию, выведенную традиционным способом для производства флавоноидов, которая была разработана в течение последних двух десятилетий лабораторией Чопры путем скрещивания мутантной линии кукурузы.
Исследователи отметили, что они заметили «резкую разницу» в смертности и весе тела между личинками кукурузной гусеницы, питающимися линиями, перепроизводящими флавоноиды, по сравнению с контрольными линиями. Как генетически модифицированная линия, так и линия, выведенная из мутанта, имели схожие эффекты на личинок.
«Это исследование важно, поскольку оно может стать первым шагом на пути к созданию линий кукурузы, устойчивых к насекомым-вредителям, идеально подходящих для органического производства, - сказал руководитель исследовательской группы Суриндер Чопра, профессор генетики кукурузы. - Эти результаты, которые предлагают новый вариант комплексной борьбы с вредителями для личинок кукурузной гусеницы, показывают, что кукуруза с высоким содержанием флавоноидов имеет потенциал для использования в селекционной программе для разработки специальных линий кукурузы, устойчивых к множеству насекомых-вредителей».
Чопра отметил, что необходимы дополнительные исследования, прежде чем можно будет ожидать, что селекционеры попытаются вывести линии кукурузы, продуцирующие флавоноиды, которые также защищают урожай фермеров, занимающихся органическим земледелием, от других вредных насекомых.
«В будущих исследованиях будут изучены механизмы, лежащие в основе повреждения кишечника личинок кукурузной гусеницы под воздействием флавоноидов, а также более широкое влияние содержания флавоноидов на взаимодействие растений и насекомых», - сказал он.
Источник: Pennsylvania State University. Автор: Джефф Малхоллем.
На фото - линии, использованные в исследовании. Флавоноиды, которые обеспечивают инсектицидоподобную защиту некоторых линий кукурузы от личинок кукурузной гусеницы, также обеспечивают растения пигментами, которые появляются в шёлке, шелухе и зёрнах.
Источник фото: Penn State/From Plant Stress (2025). DOI: 10.1016/j.stress.2025.100738.