Насекомых-вредителей поймали за "кражей" генов у растений

Биологи выяснили, как табачные белокрылки – опасные насекомые-вредители – научились защищаться от токсинов растений. Оказалось, что они ”украли" нейтрализующий токсины ген у другого растения. Это первый обнаруженный пример подобной формы заимствования ДНК среди насекомых, пишут ученые в статье для журнала Cell.

“По нашим сведениям это первый известный науке пример того, как насекомые позаимствовали полноценный ген у растений. Этот участок ДНК, ген BtPMaT1, отвечает за нейтрализацию токсичных продуктов жизнедеятельности растений в их клетках и не встречается в геномах других насекомых", – рассказал один из авторов исследования, профессор Невшательского университета Тед Терлингс.

"Воровство" генов вовсе не уникальное явление в природе. Несмотря на том, что ранее ученые считали, что межвидовой обмен генами или их заимствование характерно только для бактерий, архей и вирусов, впоследствии гены микробов и вирусов обнаружили в ДНК некоторых беспозвоночных.

К примеру, шесть лет назад исследователи из США обнаружили, что морские слизни Elysia chlorotica позаимствовали у водорослей целый набор генов, которые помогают им использовать хлоропласты поедаемых растений для фотосинтеза.

Терлингс и его коллеги открыли еще один подобный пример. В ходе своей работы они пытались найти новые способы борьбы с табачной белокрылкой (Bemisia tabaci) – одним из самых опасных вредителей растений.

Это насекомое поражает почти 600 селькохозяйственных культур и встречается на всех континентах. Табачные белокрылки устойчивы к пестицидам. Если привычная пища исчезает, они легко приспосабливаются к питанию соками незнакомых видов растений.

Изучая геном белокрылок, биологи обнаружили, что в их ДНК есть сегмент, который по своей структуре больше похож на участки генома растений, а не беспозвоночных. Детально изучив его структуру и сопоставив его с генами растений из всех известных баз данных, Терлингс и его коллеги обнаружили, что это аналог гена растений BtPMaT1.

Этот ген защищает растения от феногликозидов – токсинов, которые служат им для борьбы с насекомыми. Каждый вид растений вырабатывает свои собственные токсины, которые обычно смертельно опасны для насекомых, которые не приспособлены к питанию их плодами или листьями.

Ученые пока не знают, как табачные белокрылки смогли “украсть” этот ген. Основываясь на особенности в структуре BtPMaT1, они предполагают, что это произошло достаточно давно, около 35 млн лет назад. В этом процессе, предположительно, участвовали вирусы растений, аналоги которых Bemisia tabaci продолжают разносить и сегодня.

Исследователи попытались подавить этот защитный механизм с помощью коротких молекул РНК, которые "отключали" ген BtPMaT1 в клетках дрозофил. Чтобы проверить, как соки подобных трансгенных томатов повлияют на жизнь белокрылок и других насекомых и клещей, ученые встроили “инструкции” по производству этой РНК в геном обычных помидоров.

В результате все белокрылки после контакта с растениями погибли, а другие вредители помидоров на молекулы РНК в еде никак не отреагировали. Ученые считают, что результаты их работы открывают дорогу для широкого применения подобной модификации генома растений для защиты урожая от Bemisia tabaci и для активной борьбы с распространением этих опасных вредителей.