Гороховая тля - серьезный сельскохозяйственный вредитель - обладает способностью видеть и избегать распространенных бактерий, убивающих тлю, на листьях растений, согласно новому исследованию Корнельского университета, опубликованному в журнале Current Biology.
У гороховой тли отсутствуют гены иммунного ответа, что делает их очень восприимчивыми к инфекциям. В лаборатории гороховая тля, заразившаяся вирулентными штаммами бактерий, погибла. Они компенсируют свой иммунный дефицит, размножаясь в больших количествах, но все же могут быстро погибнуть от бактериальной инфекции.
Оказывается, бактерии (Pseudomonas syringae) и все представители рода Pseudomonas содержат соединения, называемые пиовердином, которые связывают железо, а также флуоресцируют в ультрафиолетовом (УФ) свете - длинах волн, которые существуют в солнечном свете. Кроме того, гороховая тля может различать уникальный сине-зеленый свет, который излучают вирулентные штаммы P. syringae.
Выводы имеют значение для борьбы с вредителями. Например, органические фермеры могут наносить пиовердин или вирулентный P. syringae на листья, чтобы отпугнуть гороховую тлю, хотя необходимы дополнительные исследования, чтобы проверить эффективность этих стратегий.
«Тли являются переносчиками болезней растений - они переносят вирусные заболевания - и это одно из их основных экономических последствий», - сказала Тори Хендри, доцент кафедры микробиологии Корнельского университета и один из ведущих авторов статьи. «Предотвращение поселения тли на растениях с самого начала может оказать большое влияние на передачу вируса».
Изучая влияние бактерий на тлю, Хендри и ее коллеги заметили, что тля редко поедает искусственный сок с примесью вирулентного P. syringae. Дополнительные тесты показали, что тля, когда ей дают выбор пищи, постоянно избегает кормления, когда она вирулентна. P. syringae был в пище.
Используя листья фасоли, которые имеют два листочка, разделенных стеблями, исследователи окрасили один листок раствором, смешанным с бактериями, а другой без бактерий, в качестве контроля. Они тестировали разные штаммы бактерий, некоторые из них были доброкачественными, другие - вирулентными.
Когда гороховая тля была выпущена у основания растений, она предпочитала контрольные листья и избегала листьев с некоторыми бактериальными штаммами. «Это коррелировало с вирулентностью; они избегали более вирулентных штаммов, а не слабых», - сказал Хендри.
Предыдущие исследования тлей показали, что они проявляют предпочтения в цвете, а предыдущие исследования показали, что виды бактерий рода Pseudomonas флуоресцируют.«Это заставило меня задуматься о том, что, возможно, зрение важно, мы могли бы брать анализы и проводить их в темноте», - сказал Хендри.
Команда провела аналогичные тесты под пластиком, блокирующим УФ-излучение, и тля нормально питалась на всех листьях, в том числе на листьях со смертельными бактериями. В другом эксперименте исследователи использовали мутантную форму вирулентного P. syringae, которая не производит флуоресцентное соединение пиовердин. Гороховая тля съела листья с бактериями и погибла. Дополнительные эксперименты с использованием различных дизайнов для проверки того, избегают ли тли флуоресцирующие смертоносные бактерии, неизменно показывали один и тот же результат.
Соавтор Рассел Лигон, научный сотрудник Корнеллской лаборатории орнитологии, занимающийся сенсорной экологией и визуальным моделированием, взял листья с бактериями P. syringae и измерил отраженный от них свет, чтобы выяснить, что цвета, которые они излучали. Его исследования показали, что вирулентные бактериальные штаммы, которых избегала гороховая тля, были более синими, чем другие, более безопасные штаммы, в пределах диапазонов, которые тля должна видеть на основе их синих, зеленых и УФ-оптических колбочек.
«Цвета, которые тли лучше всего обнаруживают, на самом деле идеально совпадают с цветом флуоресценции, которую производят [вирулентные] бактерии», - сказал Хендри. «Это довольно безумно, что что-то вообще может видеть бактерии. Тля не считается визуально острой, она не кажется такой яркой. Это то, на что они очень хорошо настроены».
В будущих исследованиях будет изучено, удерживают ли бактерии или пиовердин сами по себе тлю от поселения на растениях. Они также планируют изучить эволюцию этого признака, изучая различные виды тлей и то, как они взаимодействуют с вирулентными P. syringae. Среди соавторов Рэйчел Фэй, бывшая студентка лаборатории Хендри в рамках программы «Исследования друзей и врагов микробов для студентов» в рамках программы «Патология растений и биология растений-микробов», когда она была студенткой Государственного университета Нью-Йорка в Потсдаме; Кевин Беслер, бывший лаборант в лаборатории Хендри; и Мелани Сми, научный сотрудник с докторской степенью.