Пищеварительный фермент насекомых активирует защитное вещество растений, содержащее сахар

Растения используют химическую защиту, делая себя несъедобными или токсичными для насекомых. Новое исследование впервые показало, что расщепление защитных веществ растений пищеварительными ферментами насекомых может влиять на их предпочтения в выборе растения-хозяина. Учёные из Мюнстерского университета, Бернского университета (Швейцария) и Института химической экологии Макса Планка в Йене исследовали это явление на примере личинок майского жука (Melolontha melolontha) и поедаемого ими одуванчика (Taraxacum officinale).

Растения часто используют химический трюк: они присоединяют сахарный компонент к защитному веществу (антигену), деактивируя его и предотвращая повреждение собственных тканей. Токсичность или отпугивающие свойства проявляются только при откусывании, когда сахар удаляется. Биолог д-р Мерет Хубер отмечает, что некоторые насекомые в процессе пищеварения сами удаляют сахарный компонент из растительного защитного соединения, но последствия этого для их поведения были неизвестны.

Пример такого соединения — тараксиновая кислота β-D-глюкопиранозиловый эфир (TA-G), который одуванчик накапливает в корнях в высоких концентрациях. TA-G является важным защитным соединением, отпугивающим личинок майского жука.

Исследовательская группа продемонстрировала, что условия pH в кишечнике личинки ингибируют активность растительных ферментов одуванчика, которые в норме удаляют сахар из TA-G. Вместо этого личинка майского жука сама удаляет сахар с помощью собственного кишечного фермента из класса бета-глюкозидаз (сахарорасщепляющих ферментов).

С помощью биотехнологических методов, одновременно манипулируя производством TA-G и наличием фермента насекомого, учёные показали, что инсектная глюкозидаза способствует росту личинки на растениях одуванчика, содержащих TA-G. Однако отделение сахара от TA-G одновременно приводит к тому, что такие растения избегаются. Мерет Хубер подчёркивает: «Впервые мы смогли продемонстрировать, что метаболизм защитных веществ растений пищеварительными ферментами насекомых меняет выбор кормового растения».

Это открытие важно, поскольку выбор растения-хозяина играет ключевую роль в распространении растительноядных насекомых и, как следствие, сильно влияет на причиняемый ущерб.

Почему отделение сахара увеличивает рост личинки, но при этом отпугивает её, — один из пока нерешённых вопросов. Возможно, такое избегающее поведение помогает личинке находить боковые корни растения, которые имеют более низкую концентрацию TA-G, но более высокую питательную ценность, чем главный корень.

В исследовании использовались различные методы химического анализа, биотехнологии и биотесты для изучения влияния TA-G на выбор пищи личинками. Результаты помогут лучше понять взаимодействия между растениями и их потребителями. Будущие исследования в различных системах могут позволить разработать лекарства или пестициды, которые активируются только при наличии определённых видовых или средовых условий.

Исследование опубликовано в журнале eLife.