Инвазивные наземные улитки-вредители становятся все большей угрозой для деятельности человека, такой как торговля и сельское хозяйство из-за своей приспособляемости, быстрого размножения и отсутствия естественных хищников в их новых местах обитания.
Улитки-вредители питаются широким спектром культур, включая фрукты, овощи и зерновые, что может привести к значительным потерям для фермеров.
Примерами инвазивных наземных улиток-вредителей являются гигантская африканская наземная улитка (Achatina fulica), розовая улитка-волк (Euglandina rosea) и азиатская улитка-бродяга (Bradybaena similaris), а также различные средиземноморские наземные улитки. Это некоторые из самых разрушительных инвазивных улиток-вредителей.
Средиземноморские наземные улитки естественным образом распространены по всем средиземноморским регионам Европы (например, Испания, Италия, Франция, Египет) и включают в себя белую итальянскую улитку Theba pisana и виноградную улитку Cernuella virgata.
Самая ранняя регистрация T. pisana в Австралии была задокументирована в 1920-х годах, первоначально в Южной Австралии, и с тех пор они расширили свой ареал до Виктории, Тасмании и Западной Австралии.
Австралийские фермеры несут убытки из-за этой улитки более чем на 19 миллионов долларов урожая в год. Кроме того, как инвазивная улитка, T. pisana выступает в качестве вектора (переносчика) гельминтов, которые вызывают заболевания, пагубные для здоровья скота и человека.
В условиях изменения климата, урбанизации, инфляции цен на продукты питания и возросшего потребления продуктов питания людьми, вредные улитки становятся одним из многих факторов, влияющих на уязвимость сельскохозяйственного сообщества. Загрязнение зерна средиземноморскими улитками представляет серьезную угрозу продовольственной безопасности, и по этой причине контроль популяции имеет жизненно важное значение для смягчения ущерба путем использования нормативного мониторинга и управления.
Моллюскоциды, пестициды для борьбы с вредными беспозвоночными, часто содержащие органофосфаты, долгое время использовались в качестве агентов для обеспечения немедленного краткосрочного контроля. Однако у улиток развилась к ним резистентность.
Органофосфаты, которые содержат активные ингредиенты на основе метальдегида и метиокарба, в основном использовались для обработки территорий.
В последние годы исследования, касающиеся устойчивости к хлорпирифосу, выявили, что двустворчатые моллюски бентоса, такие как Scapharca inaequivalvis, способны сверхэкспрессировать фермент ацетилхолинэстеразу (АХЭ) из тканей ног и жабр, предполагая, что повышенное содержание АХЭ может быть следствием устойчивости к пестициду. Это согласуется с тем, что известно о насекомых, где модифицированная резистентностью АХЭ стала важнейшим эволюционным фактором устойчивости к пестицидам.
Исследователи из австралийского института Саншайн-Коста предположили, белая итальянская улитка секретирует в свою слизь АХЭ, которая может выполнять функцию нейтрализации пестицидов.
Используя транскриптомику, специфичную для тканей и репродуктивных стадий, а также подкрепленную протеомикой, они сообщают теперь о наличии расширенного семейства АХЭ-подобных белков, которые активно секретируются в слизь АХЭ на репродуктивной стадии улитки. Это открытие помогает пролить свет на потенциальные молекулярные сигнальные механизмы, связанные с устойчивостью улиток к моллюскоцидам, и может быть использовано для дальнейшей разработки более устойчивых методов контроля.
«Мы обнаружили, что АХЭ-подобные белки T. pisana филогенетически распределены по трем кладам. Интересно, что АХЭ-белки позвоночных, включенные в филогению (Homo sapiens и Danio rerio), появились в отдельной кладе от АХЭ-подобных белков слизи с четырьмя цепями, но при этом похожи на девять АХЭ-подобных белков T. pisana с относительно высокой экспрессией нейрональных генов. Мы предполагаем, что они могут функционировать как обычные АХЭ, способствуя расщеплению нейронного ацетилхолина. Как упоминалось ранее, T. pisana наиболее активны во время репродуктивной стадии и, следовательно, более уязвимы для пестицидов. Это может объяснить повышенную потребность в защитном механизме, чтобы избежать токсичности остатков пестицидов. Для того, чтобы пестициды были функциональными и эффективными, предполагается, что молекулы органофосфата и карбамата должны успешно проникать через аминокислотные остатки, которые выстилают стенки нервных клеток, прежде чем связываться с активным остатком серина. Исследования in vitro на личинках чешуекрылых показали, что конформационные изменения в структуре АХЭ позволяют беспозвоночным экспрессировать более одного гена АХЭ при воздействии стресса, вредных условий или гипоксии», объясняют исследователи принцип этой устойчивости
Профессор функциональной геномики Скотт Камминс сообщил, что его команда уже работает над тем, как применить это открытие против улиток и установить окно для обработки, когда улитки подвергаются наибольшему эффекту воздействия моллюскицидов. Что касается биоконтроля, то ученые работают с ядами паукоообразных, например, тарантулы, которые едят улиток, парализуют их своим ядом.
«В этом исследовании анализ слизи следов был проведен на репродуктивно активных взрослых улитках. На репродуктивной стадии улитки, как правило, наиболее активны, поэтому слизь следов было относительно легко получить в больших количествах. Нацелившись на наиболее распространенный белок на основе SDS-PAGE с окрашиванием Кумасси, были идентифицированы 4 АХЭ-подобных белка. Сравнительный анализ РНК-секвенирования показал, что экспрессия генов этих белков была исключительно в слизистых железах особей репродуктивной стадии. АХЭ-подобные белки никогда не были обнаружены в слизи наземных улиток, даже после недавнего тщательного исследования обыкновенной садовой улитки, Cornu aspersum, печально известного садового вредителя, также известного своими инвазивными тенденциями и заражением сельскохозяйственных культур. В этом исследовании было обнаружено три типа секреции слизи, связанных с экранированием, адгезией и смазкой», подчеркивают авторы новаторство работы.
Подводя итог, можно сказать, что это исследование предоставляет новую информацию о составе слизи улиточного следа на примере значительного инвазивного вредителя - улитки T. pisana.
Вкратце, ученые обнаружили, что белая итальянская улитка секретирует АХЭ-подобные белки в слизь улиточного следа во время репродуктивной фазы, когда они наиболее активны и уязвимы к пестицидам. Основываясь на междисциплинарном исследовании, они продемонстрировали, что АХЭ-подобные белки вырабатываются в слизистой железе улитки и в конечном итоге распространяются в слизи тропы, что является вероятным механизмом защиты улитки от прямого воздействия органофосфатов. Хотя предполагалось, что ацетилхолинэстераза является механизмом, с помощью которого насекомые преодолевают пестициды, это первое описание этой функции у наземной улитки.
Для будущих исследований интересно провести биохимический анализ, направленный на изучение биологической активности АХЭ-подобных белков, содержащихся в слизи, образующейся на тропах. Это поможет определить, включает ли функция АХЭ-подобных белков у наземных улиток как нейрональную функцию, так и способность к утилизации органофосфатов.
У Theba pisana количество и локализация АХЭ-подобных белков различаются по сравнению с позвоночными. Также было бы интересно выявить различия у этих улиток, которые никогда (или редко) подвергались воздействию пестицидов, если такие популяции будут обнаружены. Это позволило бы лучше понять молекулярный механизм изменчивости.
Наконец, признавая способность улиток адаптироваться и преодолевать меры борьбы, опосредованные токсинами, следует дополнительно изучить потенциал феромонов, вероятно, также присутствующих в слизи, образующейся на тропах, для противодействия текущим и новым нашествиям вредителей, вызываемым наземными улитками.
Источник: PLOS One, doi.org/10.1371/journal.pone.0323380
