Учёные выяснили, как работают механизмы защиты насекомых-вредителей

Российские ученые из Института систематики и экологии животных (ИСиЭЖ) СО РАН и Новосибирского государственного аграрного университета, совместно с коллегами из Университета Гиссена (Германия) выяснили, что насекомые используют особые механизмы для защиты от бактерий Bacillus thuringiensis – действующего вещества большинства биологических пестицидов. В формировании устойчивости вредителей к бактериям участвуют эпигенетические механизмы наследования, изменяющие экспрессию генов, но не изменяющие последовательность ДНК, как это происходит при мутациях. Результаты помогут усовершенствовать биологические препараты для борьбы с вредителями. Исследования подержанны грантом Российского научного фонда (РНФ), результаты работы опубликованы в журнале Virulence.

Ученые исследовали, как в процессе эволюции формировалась устойчивость у насекомых к грибам и бактериям, которые использует человек для контроля численности вредителей. Во всем мире основной причиной устойчивости насекомых к биоинсектицидам, несущим токсин бактерий Bacillus thuringiensis, называют мутации – изменения в генотипе. Ученых заинтересовало, как насекомые-вредители развили устойчивость к бактериям, и какую роль в этом играют эпигенетические механизмы регуляции наследственной информации.

«Мы впервые описали участие этих вторичных механизмов наследования в развитии устойчивости насекомых к биологическим инсектицидам», – сообщил соавтор исследования и руководитель гранта РНФ, заведующий лабораторией ИСиЭЖ СО РАН, доктор биологических наук Иван Дубовский.

Эволюционные биологи считают, что наследственные изменения свойств и признаков организма (фенотипические изменения) могут произойти за счет эпигенетических механизмов. В отличии от мутаций, вторичные механизмы наследования не изменяют генетическую информацию, а заставляют одни гены «работать» (экспрессироваться), а другие – «молчать». Активность генов у насекомых изменялась за счет таких механизмов, как метилирование ДНК (модификация молекул ДНК без изменения самой нуклеотидной последовательности ДНК); ослабление связи между ДНК и гистонами – внутриядерными белками (ацетилирование гистонов) и синтез малых некодирующих молекул РНК (микроРНК). При этом работают лишь те гены, продукты которых необходимы в настоящий момент.

В ходе исследования биологи определили, что зараженные бактериями насекомые «включают» защитные механизмы уже при развитии инфекционного процесса. Это говорит о том, что благодаря таким механизмам насекомые очень быстро (несколько десятков поколений) способны развивать устойчивость к бактериям.

«Наши результаты свидетельствуют, что метилирование ДНК, ацетилирование гистонов и синтез микроРНК опосредуют микроэволюционные процессы формирования устойчивости насекомых к бактериям Bacillus thuringiensis», – прокомментировал Иван Дубовский.

Полученные результаты позволят в будущем преодолеть у насекомых-вредителей устойчивость к бактериям. Ученые разработают методы, которые помогут подавить эпигенетические механизмы наследования у насекомых и усовершенствовать биологические препараты.

ФАНО