Излишки сахара помогают белокрылкам выводить токсины из защитных сил растений
Белокрылки — это семейство сокососущих насекомых, которые питаются сахаросодержащей флоэмой растений. Серебристая белокрылка Bemisia tabaci особенно широко распространена во всем мире и вызывает опасения в качестве сельскохозяйственного вредителя. Строго говоря, это не один вид, а комплекс из примерно двух десятков едва различимых видов. Фактический ущерб растениям происходит, когда насекомые выделяют сладкую медвяную росу, которая вызывает колонизацию растений грибами, а также различные вирусы растений, передаваемые насекомыми. Для исследователей, изучающих механизмы детоксикации вредителей растений, Bemisia tabaci представляет собой особенно интересную систему исследования. «Этот вредитель, пожалуй, одно из самых успешных насекомых в мире, питающихся флоэмами, на сегодняшний день обнаружен на сотнях различных видов растений.
Команда руководителя проектной группы Даниэля Вассао из отдела биохимии Института Макса Планка уже несколько лет изучает механизмы детоксикации у разных травоядных. Особый интерес представляет то, как насекомые обезвреживают так называемую горчичную масляную бомбу крестоцветных: этот защитный механизм растений состоит из двух компонентов, глюкозинолатов и фермента мирозиназы, которые хранятся в разных клетках растений. Если растительная ткань повреждена травоядными животными, фермент отщепляет глюкозный сахар от глюкозинолатов и образуются токсичные горчичные масла. Поскольку сокососущие насекомые не пережевывают ткань листа и вызывают лишь незначительное повреждение тканей своими стилетами, узкими ротовыми аппаратами, которые они используют для питья флоэмы, ранее предполагалось, что этот защитный механизм играет лишь незначительную роль в растениях ». защита от белокрылки или тли. Однако недавние исследования показали, что не только жевательные, но и сосущие насекомые могут активировать бомбу с горчичным маслом.
Ученые использовали модельное растение Arabidopsis thaliana, крестоцветное растение, защита которого также основана на глюкозинолатах, для более подробного изучения метаболизма белокрылки. Они особенно проанализировали падь, сахаросодержащую секрецию многих сокососущих насекомых, с помощью химических анализов и изотопной маркировки отдельных химических соединений. Исследователи были удивлены тем, что белокрылка действительно активировала защитный механизм Arabidopsis thaliana, когда они обнаружили токсичные горчичные масла. Однако они также обнаружили, что биохимический путь, ведущий к детоксикации, представляет собой совершенно новый тип реакции, в которой сахар из флоэмы используется для обезвреживания токсинов растений. «Эта реакция практически ничего не стоит этим насекомым, поскольку этот сахар находится в таком избытке и в любом случае должен выделяться в виде пади»,
Процесс детоксикации основан на простой реакции, в которой сахар в форме глюкозной группы связывается с другим сахаром, который уже является частью глюкозинолата. Исследователи показали, что полученный новый химический продукт не может быть активирован растительным ферментом, вероятно, потому, что он слишком громоздкий.
Для этого нового пути глюкозилирования исследователи смогли идентифицировать ферменты в Bemisia tabaci, которые катализируют химическую реакцию. Они были поражены разнообразием инструментов детоксикации этого насекомого. Хотя они сосредоточились только на одном классе защиты растений, глюкозинолатах, они уже нашли по крайней мере три независимых пути детоксикации. «Будет интересно посмотреть, насколько общими являются эти пути детоксикации, и есть ли у белокрылки специфические пути для других защитных соединений растений в своем репертуаре, и какие ферменты контролируют эти процессы», — говорит Вассао.
Источник: eurekalert.org
