Поскольку глобальный спрос на продовольствие продолжает расти, эффективная борьба с вредителями остается одной из самых насущных проблем сельского хозяйства. Во всем мире фермеры ежегодно применяют около 4 миллионов тонн химических пестицидов для защиты своих культур, что составляет индустрию стоимостью 60 миллиардов долларов.
Хотя эти агрохимические соединения значительно повысили производительность сельского хозяйства, их широкое использование вызвало обеспокоенность относительно воздействия на окружающую среду, рисков для здоровья и долгосрочной устойчивости современного сельского хозяйства. Соответственно, идет активный поиск альтернатив.
Двухточечный паутинный клещ Tetranychus urticae является примером последствий традиционной борьбы с вредителями на основе пестицидов. Эти микроскопические паукообразные заражают широкий спектр сельскохозяйственных культур и фруктовых деревьев и могут размножаться чрезвычайно быстро.
Что еще важнее, в отличие от многих других вредителей, двухточечные паутинные клещи быстро вырабатывают устойчивость к химическим пестицидам, что делает усилия по борьбе с ними все более сложными.
Исследовательская группа под руководством профессора Ген-Итиро Аримуры с кафедры биологических наук и технологий факультета передовой инженерии Токийского университета наук (Япония) внимательно изучила тонкое молекулярное взаимодействие, которое происходит между клещами T. urticae и их растениями-хозяевами. Их исследование опубликовано в онлайн-издании The Plant Journal .
Команда сосредоточилась на конкретных веществах, называемых элиситорами, которые выделяет T. urticae, и изучила их биологическое воздействие на различные культуры.
«Элиситор - это молекула, которой обладают растения или вредители и которая может усиливать защитную реакцию растений, - объясняет профессор Аримура. - В наших предыдущих исследованиях мы идентифицировали два тетранина, обозначенных как Tet1 и Tet2, как элиситоров в слюнных железах паутинного клеща обыкновенного; эти вещества вызывают защитные реакции у фасоли обыкновенной и других коммерчески важных культур».
Исследовательская группа изучила влияние дополнительных 18 белков слюнных желез на устойчивость листьев фасоли к T. urticae. Согласно этому первоначальному скринингу, они идентифицировали два новых тетранина - Tet3 и Tet4, - которые, по-видимому, снижают размножение паутинных клещей на растениях.
После серии экспериментов с использованием генной инженерии и передовых молекулярных и биохимических методов команда раскрыла роль Tet3 и Tet4 в сложных взаимодействиях между T. urticae и его растениями-хозяевами.
Интересно, что они обнаружили, что экспрессия Tet3 и Tet4 сильно различается в зависимости от того, каким растением питались клещи. Клещи, питающиеся обычными бобами, их предпочтительным хозяином, имели значительно более высокие уровни экспрессии Tet3 и Tet4, чем те, что питались огурцами, менее предпочтительным вариантом.
Примечательно, что растения, подвергшиеся воздействию клещей с более высокой экспрессией Tet3 и Tet4, демонстрировали более сильные защитные реакции, включая повышенный приток ионов кальция, более высокую генерацию активных форм кислорода и повышенную экспрессию защитного гена PR1. Индивидуальное применение Tet3 и Tet4 к растениям оказывало разное воздействие на защитные реакции растений, подчеркивая специфику роли каждого элиситора.
Исследователи из Токийского университета науки, Япония, идентифицировали два белка у паутинных клещей, называемых Tet3 и Tet4, которые вызывают защитные реакции у растений. В частности, они обнаружили, что уровни экспрессии этих белков варьируются в зависимости от растения-хозяина, на котором размножаются клещи, проливая свет на конкретные защитные механизмы, активируемые растением после воздействия. Автор: Gen-ichiro Arimura / Tokyo University of Science, Japan.
«В совокупности наши результаты показывают, что эти тетраниновые вещества реагируют на различные сигналы хозяина, которые могут оптимизировать приспособленность травоядных животных за счет изменения реакции растения-хозяина на клещей», - отмечает профессор Аримура.
Последствия этих открытий двояки. Во-первых, понимание молекулярных механизмов, лежащих в основе взаимодействий между организмами, приводит к лучшему пониманию эволюции, экосистем и биоразнообразия. Элиситоры, такие как тетранин, играют важную роль в этих сложных системах, что делает их детальное изучение необходимым для раскрытия более широких биологических идей.
С точки зрения сельского хозяйства тетранины и подобные элиситоры обладают потенциалом для улучшения сельскохозяйственных культур, поскольку понимание системы восприятия элиситоров может помочь в селекции более устойчивых культур.
«Элиситоры могут быть полезны в качестве биостимуляторов, которые могут повысить потенциальную устойчивость растений к вредителям, - подчеркивает профессор Аримура. - Развитие таких методов органического земледелия имеет огромное значение в современном мире, поскольку экологическое и экологическое воздействие интенсивного использования пестицидов становится все более серьезным. Будем надеяться, что выявление выделяемых вредителями элиситоров и выяснение их функций приведет к новаторским и биологизированным подходам в защите растений».
Источник и фото: Tokyo University of Science.
