В коре ели содержатся высокие концентрации фенольных соединений – химического оружия, защищающего дерево от вредоносных грибков. Ученые из Института химической экологии Макса Планка в Йене решили выяснить, как эти защитные вещества перемещаются по лесной пищевой цепи. Их внимание привлек еловый короед-типограф (Ips typographus), который поглощает эти соединения, питаясь тканями дерева. Исследователи задались вопросом: может ли жук использовать химическую защиту дерева для собственной обороны?
С помощью масс–спектрометрии и ядерного магнитного резонанса команда отследила судьбу химических веществ. Оказалось, что короеды, питаясь флоэмой ели, поглощают ее защитные соединения, в частности фенольные гликозиды. Попав в организм жука, эти вещества подвергаются модификации: насекомое «отсоединяет» от них молекулы сахара, превращая их в так называемые агликоны. Эта новая форма обладает значительно более сильным противомикробным действием и обеспечивает жукам эффективную защиту от грибковых патогенов. «Мы не ожидали, что жуки способны так целенаправленно превращать защитные вещества ели в более токсичные для своих врагов производные», – отметил ведущий автор исследования Жуо Сунь.
Далее ученые изучили, как на усовершенствованную защиту жуков реагирует грибок Beauveria bassiana. «Хотя этот грибок ранее не считался эффективным средством борьбы с короедами, мы обнаружили штаммы, которые естественным образом заражали и убивали их. Мы захотели понять, как им это удается», – объясняет Жуо Сунь. Лабораторный анализ показал, что грибок применяет двухэтапную стратегию детоксикации. Сначала он нейтрализует токсичные агликоony, снова присоединяя к ним молекулу сахара (гликозилирование). Затем, на втором этапе, он добавляет к сахару метильную группу (метилирование). Полученные в итоге соединения, метилгликозиды, для грибка Beauveria bassiana совершенно безвредны.
Эта химическая модификация неожиданно помогает грибку успешнее заражать жуков, особенно тех, что ранее питались тканями ели, богатыми фенольными соединениями. Более того, полученные метилгликозиды устойчивы к ферментам жука, которые в обычной ситуации могли бы расщепить их и восстановить токсичность.
Чтобы подтвердить ключевую роль этого механизма, исследователи «отключили» у Beauveria bassiana гены, отвечающие за процесс метилгликозилирования. Грибки с неактивными генами оказались гораздо менее успешны в заражении короедов, что доказывает: именно способность к детоксикации позволяет им преодолевать химическую защиту насекомых.
Таким образом, исследование раскрывает сложную «гонку вооружений», в которой защитные вещества дерева многократно изменяются, переходя от растения к насекомому, а затем к патогену. «Мы показали, что короед может позаимствовать защитные соединения дерева, чтобы создать собственную броню против своих врагов. Однако один из этих врагов, грибок Beauveria bassiana, развил способность обезвреживать эту защиту. В результате он успешно заражает короедов и, по сути, помогает дереву в его борьбе с вредителями», – подводит итог руководитель исследования Джонатан Гершензон.
Эти открытия могут помочь в разработке более эффективных методов биологической борьбы с вредителями. Понимание того, какие именно штаммы грибка способны противостоять химической защите короеда, позволит использовать их для более целенаправленной защиты лесов. В дальнейших исследованиях ученые планируют выяснить, насколько распространен этот механизм детоксикации у разных штаммов Beauveria bassiana и других грибков, поражающих короедов.
