Зернові здатні регулювати рівень хімічного захисту від шкідників

Команда вчених з Університету Берна в Швейцарії та Інституту хімічної екології ім. Макса Планка охарактеризували численні функції бензоксазиноїдів в пшениці.

Токсична форма цих речовин робить рослину безпосередньо стійким до личинок лускокрилих, тоді як менш токсична форма регулює механізми непрямого захисту від попелиці.

Вчені визначили, що роль  «перемикача» між цими різними функціями виконує фермент метилтрансферази, який активується під час харчування гусені. Цей перемикач дозволяє рослинам пшениці адаптувати свою захисну реакцію до різних травоїдних комах.

Порівняння з кукурудзою показує, що метилтрансфераза також регулює захисні процеси в кукурудзі від різних шкідливих комах. Проте обидва ферменти в пшениці і кукурудзі розвивалися незалежно один від одного. Дослідження було опубліковане в грудні в журналі Science Advances.
 
У природі рослини піддаються впливам від безлічі ворогів. У відповідь на ці загрози рослини розвинули здатність виробляти вторинні метаболіти, в функції яких входить запобігання харчуванню травоїдних комах. Рослини можуть використовувати такі захисні речовини по-різному.

Команда дослідників на чолі з Тобіасом Кельнером з Інституту хімічної екології Макса Планка і Матіасом Ербом з Бернського університету в даний час охарактеризували, як бензоксазиноїди функціонують в пшениці. Дослідники використовували раніше отримані докладні знання про захисні функції бензоксазиноїдів в кукурудзі.

У рослин кукурудзи фермент метилтрансфераза діє як функціональний перемикач: він вирішує, чи будуть бензоксазиноїди діяти як ефективні токсини для захисту рослини від гусені, або бензоксазиноїди будуть менш токсичні, але індукують синтез каллози. Каллоза використовується в якості герметика для клітин, який ускладнює всмоктування попелицями соку флоеми.

Вчені провели ретельний аналіз того, як перемикання між виробленням токсинів і захисною регуляцією впливає на стійкість пшениці до личинок лускокрилих і попелиць. Більше того, вченим вдалося ідентифікувати відповідну опцію в пшениці і проаналізувати її з біохімічної і філогенетичної точки зору.

Хоча кукурудза і пшениця виробляють бензоксазиноїди, у обох видів гени, відповідальні за перемикання між їх токсичними і регулюючими формами, пов'язані лише віддалено. Таким чином, два види зернових, ймовірно, еволюціонували цей перемикач незалежно в ході еволюції. Вчені називають це явище «конвергентною еволюцією».