Западный кукурузный жук продолжает расти в Европе. Почему попытки биологического воздействия на этого вредителя сельскохозяйственных культур с помощью энтомопатогенных нематод потерпели неудачу, теперь можно объяснить удивительной стратегией защиты этого насекомого. В своем новом исследовании ученые из Бернского университета (Швейцария) и Института химической экологии им. Макса Планка в Йене (Германия) показали, что личинки корневого червя способны изолировать защитные вещества растений от корней кукурузы в нетоксичной форме и могут активировать токсины всякий раз, когда они им нужны, чтобы защитить себя от собственных врагов.
Западный кукурузный жук (Diabrotica virgifera virgifera) - разрушительный вредитель растений кукурузы, который распространился по всей Европе. Мониторинг вредителей в Германии в этом году показал, что количество жуков, попавших в ловушки, снова увеличилось по сравнению с предыдущим годом. Насекомое происходит из Центральной Америки, откуда оно инвазивно распространилось по Северной Америке с 1950-х годов. По оценкам сельскохозяйственных органов США, западный кукурузный жук ежегодно наносит ущерб в миллиарды долларов.
Растения применяют изощренные стратегии защиты, чтобы отбиваться от многих видов насекомых, заинтересованных в питании их питательными листьями или корнями. Исследователи из Берна и Йены исследовали случай личинки жука, которая использует защитные свойства растения в своих целях. Растения кукурузы хранят защитные соединения, известные как бензоксазиноиды, в своих корнях в нетоксичной форме. Если травоядные нападают на растения, эти молекулы быстро распадаются на соединения, токсичные для большинства насекомых.«Мы смогли показать, что западный кукурузный жук стабилизирует токсичный бензоксазиноид, добавляя молекулу сахара. Эта модифицированная молекула используется непосредственно для защиты от нематод, используемых в качестве биологического контроля. Более того, жуки могут стабилизировать второй бензоксазиноид растительного происхождения., изолировать его нетоксичную форму в своем организме и активировать его при нападении нематод», - объясняет первый и ведущий автор Кристель Роберт, которая инициировала этот проект в Йене и продолжила его в Бернском университете. Таким образом, корневой червь однажды использует двойную стратегию, чтобы использовать средства защиты растений для собственной защиты.
Биологическая борьба с нематодами когда-то казалась многообещающей альтернативой использованию химических пестицидов. Предыдущие исследования, в которых участвовали ученые из Института химической экологии им. Макса Планка, показали, что корни кукурузы выделяют (E)-бета-кариофиллен для привлечения полезных нематод. Энтомопатогенные нематоды в почве, такие как полезный организм Heterorhabditis bacteriophora, могут проникать в насекомых-вредителей, где они выделяют симбиотические бактерии. Бактериальные партнеры убивают насекомого-хозяина, и нематоды размножаются в трупе. Это казалось разумной стратегией борьбы с западным кукурузным жуком.
К сожалению, нематоды часто не очень сильно сокращали популяцию Diabrotica, но было неясно, почему это произошло. Благодаря настоящей работе мы теперь можем точно определить, почему биологическая борьба неэффективна. слишком хорошо защищены собственными средствами защиты растений. Другой подход к борьбе с корневым червем состоит в том, чтобы выращивать кукурузу для большей защиты от бензоксазиноидов. Согласно новым данным, это также не окажет большого влияния на Diabrotica из-за их устойчивости к этим химическим соединениям. и даже усугубляет ситуацию, делая Diabrotica более устойчивой к нематодам и, возможно, к другим биологическим средствам контроля», - резюмирует Джонатан Гершензон из Института химической экологии Макса Планка.
Эти неудачные подходы с биологическим контролем и растениями с высокой концентрацией бензоксазиноидов оставили ученых застрявшими между Сциллой и Харибдой и показали, насколько трудно контролировать корневого червя. Теперь ученые попытаются идентифицировать гены или ферменты, которые позволяют корневым червям перехитрить защитные механизмы кукурузы, чтобы обеспечить собственное выживание. Возможно, если эти гены удастся заглушить, корневые черви станут восприимчивы к заражению нематодами.
Наша работа иллюстрирует, как специализированный и очень разрушительный вредитель кукурузы развил способность использовать основные токсины своего растения-хозяина, чтобы избежать хищничества со стороны почвенных естественных врагов. Эти результаты дают объяснение ограниченному успеху программ биологической борьбы против западного кукурузного жука», - говорит Кристель Роберт. Исследование является важной основой для дальнейших исследований с целью значительного улучшения борьбы с этим основным сельскохозяйственным вредителем в будущем.