Западный кукурузный жук вызывает ежегодные убытки в размере более двух миллиардов долларов США при производстве кукурузы и, таким образом, является одним из экономически наиболее важных вредителей в сельском хозяйстве. Насекомое родом из Америки, но в последние годы его появление в Европе увеличилось. Он устойчив ко многим традиционным стратегиям борьбы с вредителями, а естественные защитные механизмы растений кукурузы обеспечивают слабую защиту от этого конкретного врага.
Кристель Роберт и Маттиас Эрб из Бернского университета в прошлом показали, что кукурузный жук устойчив к наиболее важному классу защитных метаболитов кукурузы, бензоксазиноидам. Роберт продемонстрировал, что личинок корневых червей даже привлекают бензоксазиноиды, и они могут использовать эти вещества для собственной защиты от полезных нематод. Однако до сих пор было неясно, какие бензоксазиноиды привлекают жуков. Сочетание генетики, химии и поведенческой экологии позволило ученым решить эту загадку: личинки корневого червя распознают специфические комплексы железа, которые образуются на поверхности корня, когда бензоксазиноиды связываются с железом..
Поглощение железа: ахиллесова пята растений кукурузы
Корни молодых растений кукурузы выделяют бензоксазиноиды, которые связываются с железом и образуют комплексы в почве. Исследователи обнаружили, что эти комплексы увеличивают доступность железа для растений кукурузы и, таким образом, улучшают рост растений. Но корневой червь использует точно такие же комплексы железа: личинки корневого червя используют комплексы бензоксазиноид-железо, чтобы направить их к богатым питательными веществами верхушечным корням растений кукурузы. В то же время они принимают эти комплексы для собственных нужд. «Кукурузный жук разработал умную стратегию, позволяющую использовать способность растения-хозяина делать железо биологически доступным. К сожалению, эта стратегия позволяет насекомому серьезно повреждать растения кукурузы и тем самым вызывать массовый неурожай», - говорит Кристель Роберт. «Такое поведение также ставит перед селекционерами дилемму: чтобы избавиться от корневых червей, им придется уменьшить выделение бензоксазиноидов в корнях. Однако это также подорвет способность растений усваивать железо. мы понимаем, как корневые черви ориентируются в почве, мы можем начать искать способы уменьшить ущерб, наносимый корневыми червями». Ученый объясняет, что она думала о возможности использования комплексов железа в качестве аттрактантов для отвлечения корневых червей от корней кукурузы.
Результаты исследования подчеркивают дилемму, с которой сталкиваются растения, когда травоядное прорывается и вырабатывает толерантность к защите. «Поскольку бензоксазиноиды участвуют как в защите травоядных, так и в поглощении питательных веществ, растению трудно немедленно прекратить производство защитного соединения, которое имеет так много других важных функций. самый опасный вредитель кукурузы в мире без ущерба для их питания железом», - говорит Джонатан Гершензон из Института химической экологии Макса Планка. Вместе с Тобиасом Кёльнером и его командой в Йене он участвовал в селекции линий кукурузы, которые были нокаутированы на разных этапах биосинтеза бензоксазиноидов. Эти линии были необходимы для идентификации бензоксазиноида, который после связывания с железом образует соединение, которое распознает корневой червь и использует в качестве ориентира для селекции растений.
Тот факт, что западный кукурузный жук способен воспринимать комплексы железа и соответствующим образом корректировать свое диетическое поведение, также важен для понимания пищевых цепей.«Многие важные микроэлементы в природе связаны с органическими молекулами. Поэтому мы ожидаем, что другие высшие организмы также обладают способностью воспринимать биологически доступные формы микроэлементов и потреблять их, чтобы улучшить свой баланс питательных веществ», - говорит Матиас Эрб. «Западный кукурузный жук - разочаровывающий, но очень увлекательный вредитель, который только что научил нас новому трюку природы».