Gen roślinny mógł pomóc mączlikom stać się głównym szkodnikiem

W pewnym momencie między 35 a 80 milionami lat temu mączlik wylądował na liściu i zaczął wysysać jego słodki sok. Ten fatalny posiłek dostarczył więcej niż tylko cukier. Nowe badania sugerują, że gen z rośliny w jakiś sposób przedostał się do genomu mączlika i mógł pomóc jego przodkom stać się obecnie jednym z najbardziej znanych szkodników w rolnictwie.

Gen pomaga roślinom neutralizować i bezpiecznie przechowywać pewne toksyczne cząsteczki, których używają do odstraszania roślinożerców. U mączlików (Bemisia tabaci) pozwala owadom żerować na florze, nie zrażając je jedną z najlepszych broni chemicznej roślin, donoszą naukowcy 25 marca w Cell. Ta zamiana genów między roślinami a owadami jest drugą udokumentowaną i najbardziej wyraźnym przykładem owada skutecznie przejmującego zestaw narzędzi genetycznych swojej „ofiary”, aby użyć go przeciwko niej.

„Dziesięć czy 20 lat temu nikt nie sądził, że ten rodzaj transferu genów jest możliwy” – mówi Roy Kirsch, ekolog chemiczny z Instytutu Ekologii Chemicznej im. Maxa Plancka w Jenie w Niemczech, który nie był zaangażowany w badanie. „Jest tak wiele barier, które gen musi pokonać, aby przejść z rośliny do owada, ale to badanie jasno pokazuje, że tak się stało i że gen zapewnia korzyści mączlikom”.

Wymiana genów jest powszechna wśród bakterii, a czasami zachodzi między drobnoustrojami jelitowymi a ich żywicielami zwierzęcymi. Proces ten, znany jako poziomy transfer genów, pozwala organizmom ominąć trudną naturę dziedziczenia od rodziców do potomstwa i natychmiastowo nabyć geny ukształtowane przez pokolenia naturalnej selekcji. Ale genetyczny przeskok z roślin do owadów, z linii oddzielonych co najmniej miliardem lat ewolucji, został wcześniej udokumentowany tylko raz, także u mączlików.

Mączliki to owady przypominające mszyce, które żywią się ponad 600 różnymi roślinami na całym świecie. Szeroka dieta szkodników wynika po części z ich zdolności do unikania wielu powszechnych mechanizmów obronnych roślin. Szukając genów leżących u podstaw tej zdolności, naukowcy w Chinach natknęli się na coś dziwnego u trzech blisko spokrewnionych gatunków mączlików – gen o nazwie BtPMaT1 , o którym nie wiadomo, że istnieje poza roślinami.

Taki wzorzec można wytłumaczyć dwoma scenariuszami. Albo gen powstał u wspólnego przodka roślin i owadów, a następnie został zgaszony na wszystkich gałęziach drzewa życia, albo w jakiś sposób pozyskał gen z roślin. Ponieważ rośliny i owady są tak daleko spokrewnione, ten drugi scenariusz jest „dużo, dużo bardziej prawdopodobny” – mówi Kirsch. Te trzy gatunki mączlików rozdzieliły się około 35 milionów lat temu, co sugeruje, że otrzymały gen wcześniej. Ale bliscy krewni, którzy rozeszli się 80 milionów lat temu, nie mają tego genu, co sugeruje, że przeniesienie nastąpiło w tym oknie.

Gen umożliwia roślinom przechowywanie powszechnej klasy chemikaliów obronnych zwanych glikozydami fenolowymi, neutralizując toksyny, dopóki roślinożercy nie zaczną żuć. „Glikozydy fenolowe są bardzo toksyczne dla owadów” – mówi współautor badania Ted Turlings, chemik i entomolog z Uniwersytetu Neuchâtel w Szwajcarii. Możliwość, że mączliki mogą używać genu odtruwającego roślinę do tolerowania toksyn roślinnych, potwierdzili koledzy Turlings w Chinach.

Naukowcy wprowadzili trochę RNA do roślin pomidora w laboratorium. Po spożyciu przez mączliki RNA zostało zaprojektowane tak, aby wyłączyć ich gen BtPMaT1. Następnie zespół wypuścił mączliki. Po tygodniu odżywiania się pięcioma genetycznie zmienionymi roślinami wszystkie z około 2500 mączlików były martwe, w porównaniu z około 20 procentami tych, które żywiły się niezmienionymi roślinami. Tak drastyczny efekt sugeruje, że gen ten odgrywa ważną rolę w pomaganiu mączlikom w omijaniu mechanizmów obronnych roślin, mówi Turlings.

W jaki sposób roślinny BtPMaT1 znalazł się w mączlikach pozostaje tajemnicą. Wirusy mogą przypadkowo przenosić fragmenty DNA między żywicielami, a Turlings podejrzewa, że to prawdopodobnie stało się tutaj „To niezwykle rzadkie zdarzenie, ale kiedy mówimy o miliardach owadów i roślin oddziałujących na siebie przez miliony lat, staje się to bardziej możliwe” – mówi. Horyzontalny transfer genów może być „ważnym mechanizmem umożliwiającym szkodnikom zdobywanie umiejętności radzenia sobie z obroną roślin”.

Pierwsza udokumentowana zamiana genów między roślinami a owadami, opisana 23 września w Scientific Reports, również miała miejsce u mączlików, choć funkcja genu w tej zamianie jest mniej jasna. Może to jednak nie być przypadek, że dwa znane przykłady takiego zdarzenia wystąpiły u tego samego roślinożernego owada.

„Życie mączlików i ich roślin żywicielskich jest ze sobą ściśle powiązane” – mówi Shannon Soucy, mikrobiolog ewolucyjny z Dartmouth College, która nie była zaangażowana w badania. Mówi, że konsekwentna ekspozycja przygotowuje system do tego, by być gotowym na tego rodzaju zdarzenie, co ostatecznie pozwoliło mączlikom na wykorzystanie tego genu obronnego rośliny przeciwko jego twórcy.

Źródło: Jonathan Lambert

J. Xia et alWhitefly hijacks a plant detoxification gene that neutralizes plant toxinsCell. Published online March 25. doi: 10.1016/j.cell.2021.02.014.

W.J. Lapadula, M.L. Mascotti and M.J. Ayub. Whitefly genomes contain ribotoxin coding genes acquired from plantsScientific Reports. Vol. 10, September 23, 2020. doi: 0.1038/s41598-020-72267-1.

G. Taguchi et alMalonylation is a key reaction in the metabolism of xenobiotic phenolic glucosides in Arabidopsis and tobaccoThe Plant Journal. Vol. 63, September 2010, p. 1031. doi: 10.1111/j.1365-313X.2010.04298.x.

Zdjęcie: JIXING XIA AND ZHAOJIANG GUO

Subscribe
Powiadom o
guest
0 komentarzy
Inline Feedbacks
View all comments
0
Would love your thoughts, please comment.x
()
x