Хреновый земляной блошак: защищается оружием своего кормового растения

Хреновый земляной блошак (Phyllotreta armoraciae) при питании на растениях-хозяевах усваивает не только питательные вещества, но и глюкозинолаты (горчичные масла) — характерные защитные соединения хрена и других капустных растений. Используя эти глюкозинолаты, жуки превращают себя в «бомбу с горчичным маслом», отпугивая хищников. Исследователи из Института химической экологии Макса Планка (Йена, Германия) выяснили, как жук регулирует накопление глюкозинолатов в своём теле.

Секвестрация: вооружён чужим оружием

Способность приобретать защитные соединения из пищи широко распространена у насекомых, питающихся токсичными растениями. Хреновый земляной блошак может накапливать (секвестрировать) глюкозинолаты в своём теле. Ранее команда под руководством Франциски Беран уже показала, как этот жук эффективно использует глюкозинолаты для защиты от хищной божьей коровки.

Специальные транспортеры для растительных токсинов в выделительной системе жуков

Хотя способность жуков накапливать глюкозинолаты была известна, механизмы поглощения и хранения оставались неясными. Целью исследования был поиск специфичных транспортеров глюкозинолатов.

«Поиск этих транспортеров был буквально похож на поиск иголки в стоге сена», — вспоминает Беран. — «Мы нашли 1401 предполагаемый мембранный транспортер в кишечнике и выделительной системе этого жука. Сужение поиска до транспортеров, специфичных для хренового земляного блошака, помогло нам идентифицировать группу глюкозинолат-специфичных транспортеров».

Эти транспортеры расположены в мальпигиевых сосудах — органах выделительной системы насекомых, функция которых аналогична почкам у позвоночных.

Учёные определили функцию идентифицированных транспортеров с помощью РНК-интерференции, подавляя экспрессию целевых генов: «Мы «заглушили» экспрессию нескольких генов транспортеров, локализованных в мальпигиевых сосудах, и обнаружили, что жуки выделяли больше глюкозинолатов, чем контрольная группа с нормальной экспрессией генов. Из-за более высокой скорости экскреции уровень защитных соединений в теле жука снижался. Наше исследование первым идентифицирует транспортеры в мальпигиевых сосудах, которые позволяют насекомому накапливать растительные защитные соединения», — резюмирует первый автор работы Чжи-Лин Ян.

Исследование показывает, что секвестрация — сложный процесс, требующий адаптации всей физиологии насекомого для использования растительных защитных соединений в своих целях. Эти адаптации движутся вызовами со стороны хищников, паразитов и патогенов.

«Секвестрация, вероятно, является одной из самых сложных адаптаций, выработанных растительноядными насекомыми. Она, безусловно, также способствует эволюционному успеху насекомых, специализирующихся на определённых растениях-хозяевах, таких как хреновый земляной блошак», — говорит Беран.

Компания Беран планирует идентифицировать другие транспортеры, участвующие в секвестрации, а также выяснить, от каких естественных врагов глюкозинолаты защищают жука. Это знание может улучшить понимание этого вредителя и в конечном итоге привести к лучшим стратегиям контроля.