Чтобы защитить рис от двух самых опасных вредителей, нужно отключить в нем серотониновый ген.

Про серотонин мы чаще всего слышим в связи с депрессией. Будучи нейромедиатором, то есть молекулой, с помощью которой нейроны передают друг другу электрохимические импульсы, он необходим самым разным структурам мозга, в том числе и тем, которые связаны с эмоциями.

Бурые рисовые цикадки. (Фото: Jirapong jairin / Flickr.com) 

Растения риса, высохшие из-за вируса распространяемого бурой цикадкой. (Фото: Jirapong jairin / Flickr.com) 

Серотонин часто называют «гормоном счастья», проблемы с ним в буквальном смысле лишают нас хорошего настроения, а если проблемы становятся слишком серьезными, то все может закончиться клинической депрессией. С другой стороны, известно, что использующие серотонин нейроны вовсе не обязательно дарят только радость и счастье – эксперименты на животных говорят о том, что сам этот «гормон счастья» может в некоторых случаях вводить в тревожное и подавленное состояние.

Однако серотонин работает не только в мозге (тут можно вспомнить, что большая его часть – 90% – содержится в кишечнике), и не только у млекопитающих. Его можно встретить у самых разных организмов, как у животных, так и у растений, у которых он регулирует рост и развитие, а также помогает правильно реагировать на разнообразные стрессы. Но, как и у животных, роль серотонина у растений порой оказывается несколько двусмысленной.

Исследователи из Чжэцзянского университета вместе с коллегами из Университета Ньюкасла пишут в своей статье в Nature Plants, что серотонин мешает рису противостоять некоторым вредителям, таким, как бурая рисовая цикадка и бабочка рисовая желтая огневка. Для рисоводов оба этих насекомых – самые неприятные враги, ежегодно наносящие ущерб в миллиарды долларов. От цикадки есть еще и дополнительный вред, связанный с тем, что она разносит вирус, который портит сосудистую систему растений.

Известно, что растения чувствуют, когда их что-то беспокоит – меняя активность различных генов, они стараются сделать себя максимально невкусными. Хай-пин Лу (Hai-ping Lu) и его коллеги решили выяснить, что происходит в растениях риса, когда их начинают есть цикадки и гусеницы огневки. Оказалось, что в рисе становится много салициловой кислоты и серотонина. Оба эти вещества получаются из одной молекулы-предшественника, и, когда отключали ген, отвечающий за синтез серотонина, то его уровень, как и следовало ожидать, падал, а уровень салициловой кислоты рос – и, что самое главное, растения становились устойчивы к обоим вредителям. Если же в такие мутанты риса серотонин вводили специально извне, то устойчивость к вредителям у них пропадала.

С другой стороны, когда самих насекомых подкармливали кормом с повышенным содержанием серотонина, их больше выживало и рис они ели более энергично. У насекомых серотонин регулирует иммунитет и играет важную роль в поведении, например, когда насекомое ищет еду. Вероятно, повышенный уровень серотонина в рисе, который подвергся нападению вредителей, представляет собой какой-то побочный эффект от защитных мер, предпринимаемых растением. И вредители, очевидно, извлекают свою пользу из того лишнего серотонина, который они съедают вместе растительными тканями и соками. Также возможно, что «гормон счастья» (хотя серотонин растений вряд ли стоит так называть) мешает работать салициловой кислоте, которая как раз играет роль защитного средства.

До сих пор борьба с цикадкой и огневкой с помощью инсектицидов особых успехов не приносила, и оставалось надеться только на то, что появятся сорта риса, которые сами по себе будут устойчивы к обоим вредителям. Возможно, какой-нибудь «бессеротониновый» сорт поможет решить эту проблему; правда, не будем забывать, что растениям серотонин все-таки нужен, и «бессеротониновому» рису необходимо будет как-то скомпенсировать его потерю.