Насекомые формируют генетический ландшафт через защитные механизмы растений

Международная группа исследователей, включая учёного из Калифорнийского университета в Дэвисе, сообщает, что пищевые предпочтения насекомых-фитофагов играют ключевую роль в поддержании и формировании генетического разнообразия растений-хозяев в географическом регионе.

Новое исследование, проведённое на тлях и модельном растении Arabidopsis thaliana, впервые предоставило измеримые доказательства того, что этот процесс естественного отбора отчасти обусловлен давлением множества естественных врагов, вынуждающих растения создавать разнообразные защитные механизмы, чтобы избежать поедания.

Результаты исследования, проведённого совместно с учёными из Швейцарии, Дании и Англии, будут опубликованы 5 октября в журнале Science.

Генетическая вариация и давление насекомых

Исследователи впервые картировали распределение шести различных химических профилей у растений Arabidopsis thaliana по всей Европе, каждый из которых контролируется вариациями трёх генов. Картирование выявило изменение функции одного из ключевых генов в зависимости от географического положения: от юго-запада к северо-востоку.

Учёные предположили, что причиной этой географической вариации являются два вида тлей — Brevicoryne brassicae и Lipaphis erysimi. Оба вида многочисленны в этих регионах и активно питаются Arabidopsis и родственными растениями.

Совпадение паттернов распределения

Используя данные, собранные британскими исследователями за почти 50 лет о колебаниях популяций тлей в Европе, учёные обнаружили, что распределение двух видов тлей тесно коррелирует с географическим распределением различных химических типов растений Arabidopsis. Один вид тли предпочитал юго-западный химический тип, а другой — северо-восточный.

Экспериментальное подтверждение

Чтобы проверить, является ли это совпадение случайным, исследователи наблюдали за пятью поколениями экспериментально выращенных растений Arabidopsis thaliana, на которых питались разные тли.

Они подтвердили, что растения генетически адаптировались к тлям: каждое последующее поколение растений демонстрировало меньший ущерб от насекомых. Этой тенденции сопутствовало изменение генетического состава популяций растений, специфичное для каждого вида тли. Лабораторные растения эволюционировали таким образом, что это соответствовало географическому распределению тлей и химических типов растений.

Также было обнаружено, что при питании тлями лучше выживали быстрее растущие типы растений Arabidopsis, в то время как самые медленно растущие типы в эксперименте фактически вымерли.

Вывод

Эти данные ясно показывают, что даже функционально схожие насекомые-вредители могут влиять на биохимический и генетический состав популяций растений, играя важную роль в формировании и совершенствовании их защитных механизмов в естественном сообществе.