Группа исследователей из Сельскохозяйственного колледжа Университета штата Монтана обнаружила ранее не идентифицированный микроб, который живет в симбиозе с стеблевым пилильщиком пшеницы, вредителем, который ежегодно наносит ущерб посевам пшеницы на сотни миллионов долларов. Открытие, ставшее результатом многолетнего проекта, обеспечивает основу для будущих исследований, которые могут иметь жизненно важное значение для борьбы с потерями, вызванными стеблевыми пилильщиками в Монтане и за ее пределами.
Карл Йоман из Департамента наук о животных и пастбищах и Дэвид Уивер из Департамента земельных ресурсов и наук об окружающей среде опубликовали статью в журнале PeerJ в августе вместе с командой коллег. В статье рассказывается об открытии микроба Spiroplasma sp. WSS - его название отсылает к стеблевым пилильщикам, у которых он был обнаружен. Проект был вдохновлен знаниями о подобных симбиотических отношениях между другими насекомыми и микробами внутри них.
Йомен сказал, что стеблевые пилильщики ежегодно наносят ущерб посевам пшеницы на севере Великих равнин на сумму до 350 миллионов долларов. Мотивация для изучения этих симбиотических взаимоотношений проистекала из гипотезы о том, что если микробы в пилильщиках на стебле пшеницы могут быть идентифицированы и определены их функции, возможно, ими можно будет манипулировать, чтобы они работали как инструмент управления пилильщиками.
«У многих видов насекомых есть микробные симбионты, и эти отношения часто необходимы для выживания обоих организмов», - сказал Йоман. «Было показано, что микробные симбионты влияют на все: от репродуктивного успеха своих насекомых-хозяев до их питания, что позволяет им выживать на низкокачественной диете, и даже на их способность защищаться от патогенов."
Итак, команда решила определить, какие микробы связаны с пилильщиками на стеблях пшеницы, и можно ли ими манипулировать, чтобы повлиять на способность пилильщиков повреждать посевы пшеницы.
По словам Уивер, стеблевые пилильщики являются одним из наиболее распространенных вредителей пшеницы в западной части Северной Америки. Они повреждают пшеницу, проникая в стебель и откладывая туда свои яйца. Затем личинки поедают ткани, выстилающие стебель, подавляя фотосинтез и вызывая полегание, ослабляя стебель до такой степени, что растение просто падает большими полосами. Проект был поддержан Комитетом по пшенице и ячменю штата Монтана, который уже давно занимается поиском новых способов борьбы с вредителями.
«Мы сообщаем о снижении веса семян на 20-30% в результате кормления пилильщиком», - сказал Уивер. «Но если стебель падает, а комбайн его не поднимает, потери стебля возрастают с 30% до 100%. Это довольно большая проблема, и это действительно расстраивает производителей."
Другие члены исследовательской группы включали Кертиса Фаулера из наук о животных и пастбищах; постдокторант Лаура Бручер и магистрант Фуркан Ибаоглу, окончивший в 2018 году отделение микробиологии и иммунологии; и Кевин Ваннер из Департамента наук о растениях и патологии растений, а также исследователи из Чикагского университета и Лаборатории морской биологии в Вудс-Хоул, штат Массачусетс.
Команда начала свое исследование, собирая пилильщиков из стеблей пшеницы в двух местах на личиночной и взрослой стадиях. Они вернули их в свои лаборатории и начали исследовать, где в образцах обнаружили три типа геномного материала: ДНК растения пшеницы, ДНК пилильщика и ранее неописанный вид микроба, относящийся к роду Spiroplasma..
На основе элементов генома микроба в сравнении с геномом пилильщика, который был полностью секвенирован в рамках другого проекта, над которым работали Ваннер и Уивер, команда сделала вывод, что Spiroplasma sp. WSS может помочь пилильщикам расщеплять сахара, которые они едят, и помочь им производить другие питательные вещества, которые они не получают из своего богатого углеводами рациона, включая ключевые витамины группы В..
«[Спироплазма] играет роль в определенных функциях, которые пилильщик может не выполнять сам по себе», - сказал Уивер. «Эти функции - это то, что мы пытаемся понять, и потенциально то, как эти вещи могут быть адаптированы, а роль симбионта урезана для использования в качестве потенциального инструмента управления».
Этот метод продемонстрировал потенциал в других исследованиях: группа ученых, работающих в Китае, исследовала аналогичную систему у гороховой тли и обнаружила, что при подавлении симбиотических микробов с помощью антибиотиков или, в другом случае, с помощью яда скорпиона - значительно снизилась плодовитость тлей, что привело к сокращению их популяции и опасности, которую они представляют для растений гороха. По словам Уивера, вполне возможно, что аналогичные подходы можно будет использовать с пилильщиками из стеблей пшеницы и недавно идентифицированным симбионтом Spiroplasma.
Йоман и Уивер планируют сделать будущие предложения, чтобы углубить свое понимание роли Spiroplasma sp. WSS играет с пилильщиками и другими насекомыми.
«Мы решили идентифицировать симбиотических микробов пилильщиков стеблей пшеницы… чтобы мы могли начать определять, можно ли использовать эти отношения между насекомыми и микробами в качестве альтернативных мер для контроля повреждения WSS в сельскохозяйственных культурах», - заключили Йоман и Уивер. в их бумаге. «Идентификация Spiroplasma sp. WSS и более глубокое генетическое понимание ее метаболизма обеспечивают важный первый шаг к нашему поиску нового подхода к биоконтролю».