МЕТАБОЛИЧЕСКИМ ДИАЛОГ-РАСТЕНИЯ, НАСЕКОМЫЕ, МИКРООРГАНИЗМЫ
Доктор биологических наук Л.А. ЛУТОВА, С а н кт - Пете рб у р гс кий государственный университет
Растения вырабатывают вещества, направленно воздействующие на фитотрофов. Это позволяет рассматривать пищевую зависимость
как определяющий признак для генетического анализа взаимосвязей организмов в экосистемах, используя выявленные закономерности
для создания сортов растений, устойчивых к определенным вредителям.
Естестве н н ая б и ох и м и ч ее кая зашита растений от паразитических организмов строится на двух основных принципах: лишение последних веществ, необходимых для развития, и синтез соединений, влияющих на физиологические реакции. Пока наиболее изучен второй вариант отношений. Описано достаточно много растительных метаболитов (в их числе летучие органические соединения
класса спиртов, эфиров, кислот), п р и вле кател ьн ы х (аттра кта нтн ы х) или, напротив, отпугивающих (ре-пеллентных) для насекомых. Например, дикий картофель Solanum bertaullhi при повреждении выделяет вещество, аналогичное феромону тревоги тлей. Синтезируемый вьющимися бобами Dioclea mega-сагра L-канаванин токсичен для большинства насекомых, нарушает их жизнедеятельность, подавляя ра-
боту отдельных ферментов, а также выводя из строя некоторые белки (встраиваясь в молекулы). Впрочем, иногда подобную биохимическую защиту растений насекомые преодолевают. Так, жук-зерновка Сагуес1е5 Ьпгайегых прекрасно заражает семена указанных бобов, ибо способен разлагать канаванин до аммиака, используемого им же для синтеза практически всех аминокислот.
ШЁШ
Использование методов клеточной селекции in vitro для получения нистатинустойчивых клеточных линий табака: г - контрольная среда — активный рост клеточных колоний; b - среда с летальной концентрацией нистатина — рост клеточных колоний отсутствует; с - среда с сублетальной концентрацией нистатина — рост единичных клеточных колоний, из которых формируется устойчивая к антибиотику клеточная линия табака.
Формирование растений-регенерантов табака из устойчивых к нистатину клеточных линий.
Потребности фитотрофов в конкретных растительных метаболитах изучены слабее. В качестве этих соединений обычно упоминают незаменимые аминокислоты, в частности, производные тирозина (входят в состав большинства белков); они участвуют в процессе передачи нервного возбуждения и биосинтеза природного регулятора роста.
Пригодность растения в качестве корма определяется не только нали-
чием в нем необходимых компонентов, но и их относительным содержанием. Скажем, устойчивость к личинкам бурой цикады ВгуоЫа гесПкогее^лч отдельных сортов риса связана с низким содержанием в них аспарагина. Личинки кукурузного мотылька Ругала пиЬНаПБ чувствительны даже к малейшим изменениям концентрации глюкозы. Различия в поедании зерен тех или иных сортов пшеницы вредной черепаш-
кой Еигу^Сег ¡.ги^псерв обусловлены изменчивым соотношением в них нескольких соединений, входящих в состав крахмала (амилозы и амилопектина).
В этом ряду с практической точки зрения наиболее интригующее явление — стериновая зависимость. Она характерна дня неродственных друг другу фитотрофов: членистоногих, нематод и даже некоторых грибов. Стерн ны — полицикличсские спир-
На
Плодовитость
Линия 1
Линия 2
Линия 3
I I Контрольные клеточные линии I | Нистатинустойчивые клетки
L2J Контрольные растения-регенеранты I I Нистатинустойчивые
растения-регенеранты
Плодовитость
дрозофилы
при выращивании
на гомогенатах,
полученных
от нистатинустойчивых
клеточных линий
и растений-
регенерантов.
ты — входят в состав мембран, окружающих протоплазму растительных и животных клеток (наиболее известный их представитель — холестерин), придавая им оптимальную прочность и пластичность. Недостаток стеринов приводит к гибели клеток и всего организма.
Для насекомых, нематод и грибов, не способных к самостоятельному биосинтезу этих веществ, единственным источником являются растения. Большинство вырабатываемых ими стеринов фитофаги способны превращать в холестерин и , фугие соединения, включая (у насекомых) гормон линьки. Отдельные реакции при этом высоко специфичны для разных видов членистоногих. При отсутствии большинства фитостеринов в пище у самок саранчи Locusta migratoria нарушалось развитие яичников и, как результат, увеличивалась смертность эмбрионов. А добавление в питательную среду тех же соединений стимулировало вегетативный рост некоторых грибов и было абсолютно необходимо для их размножения.
Таким образом, модифицируя состав стеринов, можно получать растения. устойчивые к широкому кругу фитостеринзависимых вредителей. . Д1я этого обычно используют две разновидности селективных агентов. К первой относятся поли-
еновые антибиотики, включающие нистатин, филипин, амфотерицин Б; когда они соединяются с одной из групп стеринов, то вызывают ее патологические изменения. Ко второй — ингибиторы биосинтеза стеринов, приводящие к накоплению в мембране пассивных соединений вместо биологически активных.
11а нашей кафедре генетики и селекции проводили опыты с целью изучить дополнительные аспекты влияния изменений в составе растительных стеринов на зависимых от них фитотрофов.
С помощью ультрафиолетового облучения были получены клеточные линии и побеги дикого табака, стабильно сохраняющие признак нистатинустойчивости при культивировании на разных средах. Обычно личинки дрозофилы Огс»орЫ1а те1апо§а51ег успешно используют растительные стерины и полноценно завершают развитие на гомогенатах данного растения. Однако в указанном эксперименте этого не произошло. При употреблении в пищу некоторых из полученных нами нистатинустойчивых клеточных линий в одних случаях у плодовой мушки нарушалось развитие личинок и наблюдались аномалии развития яичников (в 60% случаев), а в других, напротив, ее размножение активизировалось. Причем общее
содержание стеринов в клеточных линиях было в 1,3 раза выше, чем у дикого ан&тога. Единственное видимое изменение их фенотипа — неспособность к цветению.
Были проведены и другие эксперименты с природными двухвидо-выми системами «растение—фито-стеринзависимый организм». В том числе Л.Т. Ходжайева изучала взаимодействие культурного картофеля с фитофторой. В результате было установлено, что в такой системе осуществляется своеобразный биохимический диалог Вариации стеринового состава у картофеля и томатов подавляли фитофтору, а у табака оказывали множественное воздействие на размножение плодовой мушки и развитие се личинок. В то же время эти изменения не влияют на пищевую ценность продукта для человека. Значит, предложенный метод следует считать перспективным дня биологической защиты растений.
Иллюстрации предоставлены автором
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.