Хотя пестициды являются стандартной частью выращивания сельскохозяйственных культур, исследователи из Мичиганского государственного университета считают, что использование пестицидов можно сократить, следуя примеру дикорастущих растений.
Команда недавно определила эволюционную функцию диких растений томата, которую современные селекционеры могут использовать для создания томатов, устойчивых к вредителям.
Исследование, опубликованное в журнале Science Advances, проследило эволюцию специфического гена, который производит липкое соединение на кончиках трихом, или волосков, на растении Solanum pennellii, найденном в пустыне Атакама в Перу - одном из самые суровые условия на земле. Эти липкие волоски действуют как естественные средства от насекомых, защищая растение, помогая ему выжить и размножаться.
«Мы идентифицировали ген, который существует в этом диком растении, но не в культивируемых помидорах», - сказал Роб Ласт, профессор биохимии растений Барнетта Розенберга МГУ. «Фермент, подобный инвертазе, создает инсектицидные соединения, которых нет в томатах садового сорта. Это защитное свойство можно передать современным растениям».
Последний объяснил, что современные культивируемые помидоры производят меньше соединений, обнаруженных в диких растениях, потому что, не подозревая об их адаптивной функции, селекционеры удалили нежелательные черты, такие как липкость.
Брайан Леонг, аспирант биологии растений и соавтор, интересуется тем, как дикие растения эволюционировали, чтобы стать устойчивыми к насекомым.
«Мы хотим, чтобы наши нынешние помидоры адаптировались к стрессу, как этот дикий помидор, но мы можем сделать это, только поняв черты, которые делают их устойчивыми», - сказал Леонг.«Мы используем эволюцию, чтобы научить нас быть лучшими селекционерами и биологами. Например, как мы можем повысить урожайность, создав растение, устойчивое к вредителям, и устранить необходимость опрыскивать поля инсектицидами?»
Технологические достижения позволили команде применить генетические и геномные подходы, включая технологию редактирования генов CRISPR, к дикому растению томата, чтобы обнаружить функции конкретных генов, метаболитов и путей. Используя эти новые методы, команда идентифицировала инвертазоподобный фермент, специфичный для клеток на кончиках липких волосков. Инвертазы регулируют многие аспекты роста и развития растений. В диком томате фермент развился, чтобы облегчить производство новых инсектицидных соединений.
«Это гонка за эволюционное время между потребителем и потребителем», - сказал Леонг. «Насекомые извлекают выгоду, поедая растения. Тем не менее, эволюция благоприятствует растениям, которые дают больше семян и передают свои гены другому поколению. Мы надеемся извлечь уроки из того, что уже усвоили растения, и применить их к существующим культурам».
Это открытие является шагом на пути к пониманию естественной устойчивости растений Solanum pennellii к насекомым, что может позволить внедрить эту черту в культивируемые помидоры с использованием традиционных методов селекции.
«Растения - это удивительные биохимические фабрики, производящие множество необычных соединений с защитными, лечебными и экономически важными свойствами», - сказал Клифф Вейл, программный директор Национального научного фонда, финансировавшего это исследование. «В этом исследовании авторы обнаружили, что обычный фермент был перепрофилирован для образования таких соединений, что дало нам важное представление о том, как жизнь может сгибать существующие инструменты для новых целей».