Сорго отпугивает вредителей, выделяя цианистый водород

Исследователи из Университета Пердью подтвердили давнюю гипотезу о том, что сорго отпугивает насекомых, питающихся его листьями, за счёт выделения цианистого водорода (HCN).

Митч Туинстра и Брайан Дилкс обнаружили, что насекомые предпочитали листья мутантного растения сорго с аномально медленным высвобождением цианида листьям растения дикого типа с нормальной скоростью высвобождения. Совки (fall army worms) питались листьями мутантного сорго, несмотря на то, что они содержали схожие уровни дхуррина — химического соединения, ответственного за синтез цианистого водорода, — что и листья нормальных растений.

Это исследование впервые разделяет накопление дхуррина и высвобождение цианистого водорода. Оба типа растений содержат дхуррин, но именно скорость высвобождения цианида заставляет насекомых избегать одно растение в пользу другого.

Sorghum bicolor — важная зерновая культура для питания и корма скоту во многих развивающихся странах и перспективная биоэнергетическая культура в США. Её засухоустойчивость делает её более водоэффективной, чем кукуруза.

Хотя зерно сорго съедобно, его листья иногда могут содержать токсичные для людей и животных уровни цианистого водорода. Выявление генов, контролирующих производство и высвобождение цианида, может привести к созданию сорго, свободного от цианида.

Исследователи идентифицировали мутант сорго с исключительно медленной скоростью высвобождения цианида. Они локализовали ответственный за дефект ген, используя секвенирование нового поколения (next-generation sequencing). Этот метод позволил найти единственный нуклеотид в геноме сорго размером 790 миллионов пар оснований, который замедлял высвобождение цианида у мутантного растения.

После клонирования мутанта исследователи протестировали предпочтения насекомых, выпуская совков на мутантные и нормальные растения. Несмотря на нормальный уровень дхуррина в обоих типах, насекомые избегали нормальные растения, поселяясь и питаясь на листьях мутантного сорго. Мутант содержит соединения, необходимые для генерации цианида, но не может высвобождать его достаточно быстро, чтобы отпугнуть вредителей.

Исследование прокладывает путь для использования передовых методов секвенирования для идентификации генов и их функций у растений с большими геномами. Если эти инструменты можно использовать в сорго, их можно применять и в других культурах.