Соединения, вырабатываемые растениями сорго для защиты от насекомых, могут быть выделены, синтезированы и использованы в качестве целевого, нетоксичного средства отпугивания насекомых, согласно исследователям, которые изучали взаимодействия растений и насекомых, в том числе полевые, тепличные и лабораторные компоненты.
Исследователи изучили роль химических веществ сорго, называемых флавоноидами, в частности, 3-дезоксифлавоноидов и 3-деоксиантоцианидинов, в обеспечении устойчивости к кукурузной листовой тле, крошечному сине-зеленому насекомому, которое высасывает сок из растений. Для защиты от таких вредителей, как тля, сорго развило защитные механизмы, включающие биосинтез вторичных метаболитов, включая флавоноиды, отравляющие вредителей.
Предыдущее исследование штата Пенсильвания показало, что в сорго накопление этих флавоноидов регулируется геном, называемым желтым семенем1, который контролирует реакцию на стрессы, такие как грибковые патогены, отметил Суриндер Чопра, профессор генетики кукурузы, штат Пенсильвания. Его исследовательская группа в Колледже сельскохозяйственных наук провела оба исследования.
В текущем исследовании, проведенном в Центре сельскохозяйственных исследований Рассела Э. Ларсона при Университете, исследователи вырастили две почти идентичные линии сорго - одну с функциональным геном y1, который производил флавоноиды, а другую - мутант под названием null y1, который не обладал функциональным геном yellow seed1, ответственным за производство флавоноидов.
Когда они сравнили две линии растений, исследователи обнаружили, что значительно большее количество взрослых кукурузных тлей колонизировало растения с нулевым y1 по сравнению с растениями с функциональным геном y1, производящим флавоноиды. Тля активно питалась нулевыми растениями y1, причем некоторые из них проявляли признаки стресса с пожелтением листьев. Функциональные растения сорго, которые производили флавоноиды, имели гораздо более низкую численность тли и не проявляли вредных последствий от кормления тлей.
Эксперименты в теплице с аналогичными растениями сорго в горшках показали, что тли явно предпочитали питаться и размножаться на растениях с нулевым y1, а взрослые особи производили намного больше нимф.
В сопутствующем лабораторном эксперименте исследователи кормили две группы взрослых тлей пищей из тканей листьев сорго, но к одной из них они добавили экстракт, содержащий флавоноиды. Через несколько дней большинство тлей, которые питались богатой флавоноидами тканью листьев, погибло, а размножение сократилось - ни у одной из этих тлей не было нимф до того, как они погибли.
Возможно, это удивительно, объяснил Чопра, но флавоноиды не присутствуют во флоэме - сосудистой ткани растений, которая проводит сахар, который ищут тли, - но находятся в клетках эпидермиса, которые образуют самый внешний слой защиты. Когда тля многократно прощупывает и прокалывает клетки эпидермиса своими стилетами или клювами, они поглощают флавоноиды, которые приводят к их гибели.
Результаты, опубликованные в Интернете в Журнале химической экологии, показывают, что флавоноиды потенциально могут быть использованы в качестве мощных средств отпугивания насекомых для защиты сельскохозяйственных культур, предположил Чопра.
«Растения сорго эволюционировали, чтобы точно выделять соединения, обеспечивающие защиту от вредных хищных насекомых, которые им угрожают, и все же эти химические вещества в их защите не вредят полезным насекомым», - сказал Чопра. «Если бы мы могли разработать нетоксичные инсектициды, это изменило бы правила игры, учитывая, что токсичность синтетических пестицидов вызывает серьезную озабоченность, и они считаются опасными для здоровья человека».
Чопра при поддержке штата Пенсильвания подала заявку на патент на использование флавоноидов в качестве средств отпугивания насекомых. Он отметил, что, хотя необходимо провести гораздо больше исследований, наиболее важным соображением является то, что флавоноиды являются натуральными растительными продуктами, которые не загрязняют окружающую среду и не наносят вреда здоровью человека или животных.
Это исследование может стать ранним шагом к разработке новых фитохимических веществ для защиты урожая, считает Чопра. «Исследуется, насколько хорошо флавоноиды действуют против других травоядных, но мы знаем, что в случае с кукурузной листовой тлей они очень, очень эффективны», - сказал он..