Бабочка MANDUCA SEXTA : Бергамот в растении Табака: манящий и смертельный для Табачного Бражника

  Ученые назвали ген в растении Табака Nicotiana attenuata, который решает дилемму, возникающую в процессе опыления растения травоядным насекомым. Ген под названием NaTPS38 регулирует выработку летучего соединения бергамота (E)-alpha-bergamotene  . В ночное время цветки табака производят это соединение бергамота, который привлекает мотыльков табачного бражника,  а в течение дня листья табака испускают этот аромат для приманки хищных клопов , чтобы питаться личинками вредителя - мандуки сэкста.

 В течение ночи табачный бражник (manduca sexta) использует свой хоботок для высасывания нектара из цветка дикого табака Nicotiana attenuata. Сенсорные Нейроны, расположенные на кончике хоботка реагируют на цветочные летучие соединения (E)-alpha-bergamotene.

Табачный Бражник Мандука Секста является основным опылителем диких видов табака Nicotiana attenuata. Еще голодных личинок, вылупляющихся из яиц эти бабочки откладывают на листьях. Цветение растений зависит от распрастранителей пыльцы, для того, чтобы воспроизводить. Также растение табака страдает, если опылители, которых привлекли запахи сладких цветов откладывают свои яйца на растения после опыления. Из этих яиц вылупляются гусеницы бражника, которые пожирают вкусные листья с колоссальной скоростью.

Ученые из Института Макса Планка по химической экологии обнаружили ген в диких видах табака под названием NaTPS38. В исследовании приняли участие ученые из четырех различных групп. Изначально, Венву Чжоу и руководитель проекта Шуцин Сюй из отдела молекулярной экологии хотели изучать генетическую основу соединения бергамота.

Они обнаружили, что терпеновые синтазы NaTPS38 были активированы тогда, когда насекомые атаковали растения табака. Исследователи из кафедры биохимии смогли подтвердить, что NaTPS38 действительно участвует в производстве (Е)-Альфа-bergamotene. Когда исследователи рассмотрели количественное содержание NaTPS38 в различных частях растения табака, то обнаружили, к своему удивлению, что этот ген был сконцентрирован преимущественно в цветках. Однако экологическая функция выбросов (Е) - Альфа-bergamotene в цветы все еще не ясна.

Тот факт, что цветочное соединение бергамота, в основном, выделяется в ночные часы, привел к гипотезе, что эфир бергамота взаимодействует преимущественно с ночными опылителями, а именно с Табачным Бражником.

 Дальнейшие исследования, проведенные в Институте Нейроэтологии  показали, что очищенная (Е)-Альфа-bergamotene активизирует нервные рецепторы на кончике хоботков мотыльков Manduca Sexta. Исследования, проведенные в Департаменте молекулярной биологии, показали, что для успешного опыления цветки выделяют большее количество соединения Бергамота.

Хотя Ген NaTPS38 похож на моносинтезы , тем не менее , он ответственный за производство сесквитерпеновых (Е)-Альфа-bergamotene. Обычно ген, произошедший от сесквитерпеновой семьи, регулирует производство такого же соединения, но в данном случае, похоже, что Ген NaTPS38 нарушил это правило.  Анализируя функции и эволюционную историю NaTPS38 , стало известно, что этот ген возник из дублирования моносинтезов, которая затем развилась в способность производить (Е)-Альфа-bergamotene и вещество лактуцин. Этот уникальный эволюционный процесс, вероятно, произошел еще до дивергенции (расхождение признаков и свойств у первоначально близких групп)  разных видов Пасленовых, семейства растений, которое включает табак.

Тот факт, что один и тот же  Ген в Nicotiana attenuata служит и  опылению и защите путем создания тканеспецифических (Е)-Альфа-bergamotene - это пример явления, называемого экологического Плейотропия. (действие одного гена на несколько фенотипических признаков).

"Накопление фактов свидетельствует о том, что экологическая плейотропия может быть весьма распространена у растений.  Наша работа показывает, что взаимодействия различных экологических факторов, таких как опылители и травоядные, имеют важное значение для эволюции растений. Однако, мы мало знаем о том, насколько эти цепочки могут влиять на адаптацию растений к окружающей среде", - объясняет Сюй Шуцин.

В настоящее время ученые разрабатывают новую исследовательскую программу, которая призвана системно решать этот вопрос.

Материалы предоставлены Институтом Макса планка по химической экологии.