Симбиотические бактерии тлей выделяют особый белок, который со слюной насекомых попадает в растение и запускает в нём защитную систему против вредителей.

Тли известны симбиозом с муравьями: в обмен на сладкие выделения тлей муравьи берут этих нежных насекомых под свою опеку. Казалось бы, с муравьиной защитой тли могут беспрепятственно сосать растительные соки, не опасаясь врагов. Однако растения в состоянии сами, без посторонней помощи, ответить на нашествие тли – проблема лишь в том, чтобы вовремя заметить вредителя.

Большая картофельная тля M. euphorbiae. (Фото Andrew Jensen / Flickr.com).

Схема строения белка GroEL кишечной палочки. (Фото Zheng Yang / Flickr.com).

В телах тлей живут особые симбиотические бактерии рода Buchnera, причём живут они не в кишечнике, а в гемоцеле, полости тела, которая развивается из кровеносных сосудов и наполнена кровью. Без бактериальных симбионтов насекомые плохо размножаются, сами же Buchnera не могут жить вне тела тли. Симбиоз этот мог бы быть прекрасным во всех отношениях, если бы микробы не предавали своих хозяев. Но, скорее всего, бактерии поступают так ненарочно: они просто выделяет белок, который попадает в слюну тлей, а оттуда в растение. Бактериальный белок как раз и даёт знать растению, что на нём поселились вредители.

  Обнаружили это исследователи из Калифорнийского университета в Риверсайде, которые анализировали белковый состав слюны больших картофельных тлей Macrosiphum euphorbiae. Насекомых для эксперимента понадобилось 100 000, что неудивительно, учитывая их размер. С помощью масс-спектрометрии удалось определить 105 белков, одни из которых принадлежали тлям, а другие – живущим в них бактериям Buchnera. И вот один из бактериальных белков, GroEL, оказался сигналом тревоги для растительных систем защиты.  

Любопытно, что этот же GroEL, как было показано ранее, служит раздражителем и для иммунной системы животных. То есть, получается, антиинфекционные системы растений и животных активируются в присутствии одной и той же молекулы. У самих бактерий GroEL работает в паре с белками-шаперонами, задача которых – исправлять неправильную пространственную укладку других белков и тем самым обеспечивать их правильное функционирование.

Впрочем, растения используют GroEL не для того, чтобы воевать с микробами, а для того, чтобы избавиться от тлей: в ответ на бактериальный белок в растениях активируются гены и метаболические реакции, которые в буквальном смысле отравляют насекомым жизнь. Результаты исследований опубликованы в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.

По словам авторов работы, бактерии Buchnera и им подобные живут не только в тлях. Очевидно, бактериальная микрофлора вообще играет большую роль во взаимоотношениях между растениями и своими хозяевами. У самих тлей в слюне есть набор белков, явно предназначенных «на экспорт», для воздействия на обмен веществ растений, так что исследователям есть над чем поработать, выясняя молекулярные подробности сожительства насекомых, бактерий и растений.

Как именно белок GroEL взаимодействует с растительной защитной системой, авторы работы не знают, но хотят выяснить в самое ближайшее время – они уже начали искать рецептор на клетках растения, к которому мог бы присоединяться GroEL. Если удастся расшифровать задействованный здесь молекулярный механизм, то не исключено, что в скором времени мы сможем с помощью бактерий избавляться от вредителей на сельскохозяйственных культурах.