Команда ученых из Университета Толедо изучила тесные взаимоотношения между насекомыми и растениями винограда, открыв новые возможности защиты виноградных лоз от крупного сельскохозяйственного вредителя. Исследования опубликовано в Nature Scientific Reports.
Биологи обнаружили ранее неизвестные механизмы поведения виноградной филлоксеры, также известной как «виноградная тля». Это насекомое практически уничтожило все виноградники во Франции в конце XIX века. Паразит захватывает репродуктивные программы виноградной лозы, что создать бородавчатый лист, который впоследствие использует в качестве жилища и питания — вещества филлоксера выкачивает напрямую из растения. Размер «бородавки» на листе обычно достаточно маленький, меньше, чем мраморный окрас, часто возникающий у растения вследствие заболеваний, но обеспечивает насекомому место для кормления и размножения.
«Когда на листе образуются «бородавки», у растения активированы гены цветения. Этого не должно происходить, но насекомое манипулирует своими собственными сигналами на пути, чтобы получить подобный цветку результат», — рассказывает доктор Хайди Аппель, декан Колледжа Джесупа Скотта Хонорса в Университете Толедо и профессор кафедры наук об окружающей среде.
Насекомое откладывает яйцо и запускает процесс использования репродуктивного генетического механизма растения, направляя его на создание «бородавочных» новообразований.
Аппель и доктор Джек Шульц, старший исполнительный директор по развитию исследований в Университете Толедо, утверждают, что еще Чарльз Дарвин догадался об этом механизме в 1867 году, когда заметил, что при разрезании «бородавка» имеет определенную степень сходства с внутренней частью персика.
«Мы изучили гипотезу Дарвина и обнаружили, что насекомое заставляет растение использовать те же гены, чтобы сделать «бородавку», что и само растение использует для создания цветка или плода, — сказал Шульц. — В результате растение производит центральную часть цветка, известную как пестик, в месте, где растение никогда не будет производить его самостоятельно».
«Когда мы изучали на генетическом уровне различия в растении на каждой стадии галлирования (образования «бородавок» — «Хайтек»), насекомое вводило какой-то сигнал в растение, — сказал Аппель. — Сигнал управлял развитием растения и говорил ему, что делать — создать «бородавку» вместо нормальной растительной ткани».
Такие жилища филлоксеры повреждают виноградные лозы, истощая ресурсы и препятствуя фотосинтезу, что приводит к снижению урожайности.
Выявив гены в виноградных лозах, которые должны быть активированы насекомым для получения новообразований, ученые могут затем найти способ заблокировать насекомое от нападения на растение.
«Североамериканские виноградные лозы обладают способностью противостоять филлоксере. Один из вариантов защиты растения от паразита — скрещивать растения, чтобы быть генетически устойчивыми», — сказал Шульц. «Другим вариантом является создание биологически обоснованного пестицида для опрыскивания виноградных лоз, чтобы манипулировать гормонами в растениях, чтобы они были активны в разное время».