Ген сорго, контролирующий поведение птиц, может помочь защитить урожай

Единичный ген в сорго контролирует пищевое поведение птиц, одновременно регулируя выработку неприятных на вкус молекул и привлекательных летучих веществ. Об этом говорится в исследовании, опубликованном 23 сентября в журнале Molecular Plant. Этот ген, названный Tannin1, контролирует синтез отпугивающих птиц вяжущих полифенолов — танинов, а также привлекающих птиц летучих органических соединений (ЛОС), производных жирных кислот. Авторы предполагают, что результаты могут привести к новым стратегиям защиты основных зерновых культур во всем мире.

«Мы обнаружили молекулярный механизм, контролирующий пищевое поведение птиц на семенах сорго», — говорит соавтор исследования Ци Се из Китайской академии наук. Исследование раскрывает новые аспекты химии экологических взаимодействий «птица-растение» и предлагает несколько стратегий для разработки новых химических и генетических мер контроля, чтобы предотвратить катастрофические потери урожая, ежегодно вызываемые птицами.

Повреждения, наносимые птицами, наносят большой ущерб сельскохозяйственному производству во всем мире. С зерновыми культурами птицы наносят ущерб, выклевывая семена и высасывая сок незрелых семян. В настоящее время существует мало эффективных мер контроля для защиты полевых культур от ущерба со стороны птиц.

К наиболее уязвимым для птиц зерновым культурам относятся пшеница, ячмень, рис, сорго и просо. Сорго — важная глобальная зерновая культура, стабильный источник калорий для более чем 500 миллионов человек, а также важный источник биотоплива. Потери урожая сорго, вызванные птицами, могут достигать 52%.

Проведя полногеномный поиск ассоциаций, исследователи обнаружили, что Tannin1 регулирует пищевое поведение птиц. Линии сорго, которых избегают птицы, содержат дикий тип гена Tannin1, тогда как предпочитаемые птицами линии сорго имеют мутировавшую версию этого гена. «Растения получают выгоду от гена Tannin1 дикого типа, а птицы — от мутировавшей формы Tannin1», — отмечает соавтор Яожун Ву.

С помощью масс-спектрометрии было обнаружено, что семена, собранные с предпочитаемых птицами линий сорго, имели сниженное накопление метаболитов пути биосинтеза флавоноидов — антоцианов и проантоцианидинов (конденсированных танинов). В то же время эти семена имели более высокие уровни 9 из 23 обнаруженных ЛОС, причем некоторые ЛОС, производные жирных кислот, увеличивались в 30 раз. Предпочитаемые птицами линии также показали более высокую экспрессию генов, вовлеченных в путь биосинтеза жирных кислот.

В экспериментах по кормлению исследователи обнаружили, что воробьи предпочитали есть необработанные семена по сравнению с семенами, вымоченными в растворах, содержащих антоцианы, проантоцианидины или таниновую кислоту. И конденсированные танины, и таниновая кислота являются полифенолами, чья вяжущая способность может ухудшать вкус или усвояемость семян. С другой стороны, птиц больше привлекали семена, вымоченные в летучих веществах 1-Октен-3-оле или гексанале, по сравнению с необработанными семенами.

Результаты показывают, что генетические полиморфизмы в единичном локусе Tannin1 могут оказывать серьёзное метаболическое регуляторное влияние на множественные пути метаболизма растительных полифенолов и жирных кислот, в конечном итоге определяя, будет ли данная линия сорго считаться привлекательным источником пищи для птиц.

«Наше открытие того, что Tannin1 оказывает огромное влияние на пищевые предпочтения птиц, почти наверняка будет направлять усилия по молекулярно-маркерному отбору в программах улучшения сельскохозяйственных культур, направленных на ограничение или предотвращение ущерба от птиц», — говорит Ци Се. Полученные данные о том, какие соединения привлекают птиц, а какие для них неприятны, предполагают разнообразные новые меры контроля. Например, можно химически или генетически блокировать активность ферментов в биосинтезе аттрактантных летучих веществ, программировать содержание конденсированных танинов или использовать таниновую кислоту или конденсированные танины в качестве безопасных «зеленых» пестицидов для защиты семян в поле.