Как бабочка-капустница обходит защиту крестоцветных

Нельзя сказать, что растения в природе беспомощны против вредителей. У большинства видов есть те или иные механизмы, с помощью которых они могут дать отпор патогенным организмам. Однако, насекомые, грибы и болезнетворные бактерии находят способы преодолеть и обезвредить их. Такая «гонка вооружений» встречается в растительном мире повсеместно.

Острый вкус горчицы, хрена и некоторых других крестоцветных — тоже элемент защиты. В ходе жизнедеятельности растения запасают глюкозинолаты, которые при повреждении листа вступают в реакцию ферментом мирозиназой. В результате реакции образуются горчичные масла, токсичные для личинок.

Но почему же насекомые продолжают повреждать крестоцветные? По словам ученых, они выработали способ нейтрализации горчичных масел, что позволяет им беспрепятственно питаться листьями. Исследователи из Института химической экологии при Обществе Макса Планка изучили процесс деактивации токсичных веществ более подробно.

Ранее ученые обнаружили у гусениц два гена, кодирующие ферменты, необходимые для нейтрализации яда: фермент NSP (он способствует выработке нетоксичных нитрилов вместо токсичных горчичных масел) и фермент МА. Гены NSP и MA имеют общее происхождение и произошли от гена кишечного белка с неизвестной функцией, которым обладают многие бабочки. Оба эти фермента есть как у белянок, которые питаются растениями, содержащими глюкозинолаты.

Исследователи решили проверить, насколько какое значение оба фермента имеют для бабочек и как они функционируют в зависимости от содержания глюкозинолатов в разных крестоцветных. Такой интерес связан с тем, что другие бабочки, в пище которых нет этих веществ, утратили способность производить ферменты NSP и MA, что может говорить о ресурсозатратности такого способа защиты.

Ученые отредактировали геном бабочек и протестировали каждый из вариантов на растениях с разным содержанием глюкозинолатов. Результаты показали, что гусеницы, у которых отсутствовал один из двух ферментов, хорошо справлялись с нейтрализацией защитных веществ. Но гусеницы, у которых были «выключены» оба гена, были уязвимы для токсичных горчичных масел. Исследователи не ожидали такого результата, особенно в отношении фермента MA, конкретный механизм действия которого была неясен.

Поскольку оба фермента различаются по своему действию, гусеницы могут точно настроить активацию генов в зависимости от состава и концентрации веществ в тканях растений. Иными словами, вредители используют очень гибкий механизм, который позволяют им адаптироваться к самым разным ситуациям. Понимание этой способности позволит людям быть готовыми к тому, что насекомые, возможно, будут повреждать больше растений, адаптируясь к их особенностям.