Красный пигмент лака может производиться грибковым симбионтом насекомых

Новое исследование Индийского института науки (IISc) показало, что ценный красный пигмент, добываемый из лакового червеца (Kerria lacca), может на самом деле синтезироваться дрожжеподобным грибковым симбионтом, живущим внутри насекомого. Учёные обнаружили, что именно этот симбионт содержит полный набор генов, необходимых для синтеза пигмента.

Разгадка тысячелетней тайны

Лаковый червец, обитающий на деревьях (например, Butea monosperma), питается их соком и производит смолу шеллак, а также ярко-красное соединение — лаковую (лаккаевую) кислоту. Механизм её биосинтеза долгое время оставался загадкой, поскольку в геноме самого насекомого не удавалось найти соответствующие гены.

Поиск симбионта

Исследователи секвенировали весь микробиом насекомого и выделили двух вероятных кандидатов: бактерию рода Wolbachia и дрожжеподобный гриб. Анализ показал, что ни насекомое, ни бактерия не обладают генами для производства ключевого предшественника пигмента — аминокислоты тирозина, а также других компонентов пути синтеза. Полный набор необходимых генов, кодирующих ферменты для производства ароматических молекул — "кирпичиков" лаковой кислоты, был обнаружен только у дрожжеподобного гриба.

Уникальный механизм передачи

Гриб-симбионт обитает в гемолимфе насекомого (аналог крови) и обладает уникальным способом передачи потомству. "Он попадает внутрь ооцита [яйцеклетки] насекомого и таким образом передаётся следующему поколению. Этот тип вертикальной передачи поразителен", — отмечает Шантану Шукла, доцент кафедры биологии развития и генетики IISc.

Экспериментальное подтверждение

Когда учёные обработали насекомых фунгицидом, производство пигмента сократилось, а сами насекомые уменьшились в размерах. Это указывает на то, что гриб, вероятно, снабжает насекомое и другими недостающими питательными веществами, а их взаимозависимость сформировалась за миллионы лет эволюции.

Значение открытия

"Дрожжеподобный организм является центральным элементом этой истории, поскольку грибковые симбионты у насекомых изучены плохо", — говорит Шукла. Исследование, опубликованное в Proceedings of the National Academy of Sciences, подчёркивает ключевую роль грибов в эволюции насекомых и раскрывает биологическую основу производства ценного природного пигмента.