Западный кукурузный жук наносит экономический ущерб в размере более 2 миллиардов долларов США при выращивании кукурузы и, таким образом, является серьезным сельскохозяйственным вредителем. Родом из Америки, западный кукурузный жук в настоящее время вторгается в Европу, включая Швейцарию.
Успешный вредитель
В более раннем исследовании Кристель Роберт и Матиас Эрб из Института наук о растениях (IPS) Бернского университета разъяснили одну из стратегий, которая лежит в основе успеха западного кукурузного жука. Растения кукурузы хранят в своих корнях определенные защитные вещества, так называемые бензоксазиноиды. Эти вещества губительны для многих вредителей. Однако западный кукурузный жук разработал стратегию детоксикации этих веществ. Таким образом, личинки кукурузного жука становятся устойчивыми к собственной защите растения. Еще хуже - личинки запасают бензоксазиноиды в своем теле и, в свою очередь, используют их для самозащиты от собственных врагов, в том числе от паразитических круглых червей (энтомопатогенных нематод). Тот факт, что западный кукурузный жук нашел стратегию защиты от нематод, имеет особое значение, поскольку нематоды используются в качестве средств биологической борьбы с этим вредителем.
«Значительные успехи уже были достигнуты в области использования нематод; меры по повышению эффективности могут еще больше повысить эффективность этого подхода», - объясняет Матиас Эрб, профессор биотических взаимодействий в IPS. «На этом фоне мы задались вопросом: если вредители, такие как западный кукурузный жук, могут стать невосприимчивыми к веществам, защищающим растения, могут ли полезные организмы, такие как энтомопатогенные нематоды, сделать то же самое?»
Разведение полезных организмов для борьбы с вредителями
Исследователи сравнили нематод из районов, в которых присутствует западный кукурузный жук, с нематодами из районов, где он отсутствует. «Мы обнаружили, что нематоды из зараженных районов устойчивы к бензоксазиноидам, в отличие от нематод из других районов», - говорит Си Чжан, который работал над проектом в качестве аспиранта. В лаборатории исследователи смогли наблюдать, что нематоды, подвергшиеся воздействию западного кукурузного жука, стали устойчивыми к веществам, защищающим растения, всего за несколько поколений. «Скорость этой адаптации нас удивила», - говорит Чжан.
Результаты исследования, опубликованные в журнале PNAS, особенно актуальны для биологической борьбы с вредителями. «Полезные насекомые, такие как нематоды, которые устойчивы к веществам, защищающим растения, могут сдерживать насекомых-вредителей, накапливающих эти вещества на растении», - объясняет соавтор исследования Рикардо Мачадо. Эта черта может быть приобретена очень быстро посредством целенаправленного отбора и, таким образом, является многообещающей целью разведения. «Мы ожидаем, что многие другие полезные организмы можно улучшить, сосредоточив внимание на их способности противостоять соединениям, защищающим растения», - говорит Мачадо.
На следующем этапе исследователи нацелены на симбиотические бактерии нематод, чтобы сделать их устойчивыми к бензоксазиноидам, и протестировать улучшенные агенты биологической борьбы в полевых условиях. «Это следующий шаг, чтобы приблизить наши исследования к применению в сельском хозяйстве», - говорит Мачадо.
Соединения для защиты растений формируют пищевые цепи
В исследовательском проекте, финансируемом Швейцарским национальным научным фондом (SNSF), исследователи опирались на комбинированный подход поведенческой экологии, аналитической химии и генетики растений. Полученные данные иллюстрируют важность защитных соединений растений, таких как бензоксазиноиды, для эволюции и динамики пищевых цепей. «Гонка вооружений между растениями и травоядными часто рассматривается как двигатель химического и биологического разнообразия этих двух групп», - говорит соавтор исследования Кристель Робер.«Наше исследование показывает, что защитные соединения растений могут влиять на эволюцию целых пищевых цепей».
В рамках межфакультетского исследовательского сотрудничества «Единое здоровье» в Бернском университете (см. вставку) исследователи недавно начали исследовать, как бензоксазиноиды влияют на здоровье животных и людей. «Интеграция наших открытий в центральную сельскохозяйственную пищевую цепочку - увлекательное расширение нашей работы с большим потенциалом», - говорит Маттиас Эрб.