Новое понимание метаболических реакций, вызванных приемом растительного дефензина у многоядного насекомого-вредителя Helicoverpa Armigera

Научные отчеты, том 13, Номер статьи: 3151 (2023) Цитировать эту статью

1185 Доступов

2 Альтметрика

Подробности о метриках

Чешуекрылое насекомое-вредитель Helicoverpa Armigera является одним из наиболее разрушительных вредителей сельскохозяйственных растений, и для борьбы с ним разрабатывается несколько биотехнологических подходов. Дефензины растений — это небольшие катионные пептиды, богатые цистеином, которые играют роль в защите растений. Прием внутрь дефенсина из Capsicum annuum (CanDef-20) вызывал дозозависимое снижение массы личинок и куколок, задержку метаморфоза, а также серьезно снижал плодовитость и фертильность у H. Armigera. Чтобы понять молекулярные механизмы развития антибиоза, опосредованного приемом внутрь CanDef-20, у личинок H. Armigera, был проведен сравнительный транскриптомный анализ. Было обнаружено преимущественное подавление ГО, представляющих собой эндопептидазы серинового типа, структурных компонентов рибосом и интегральных компонентов мембран, а также дифференциальное усиление связывания АТФ, ядра и трансляции, в то время как повышение регуляции связывания нуклеиновых кислот, представленное мобильными элементами. Было обнаружено, что различные изоформы липазы, сериновой эндопептидазы, глутатион-S-трансферазы, кадгерина, щелочной фосфатазы и аминопептидаз активируются в качестве компенсаторной реакции на прием CanDef-20. Ферментные анализы in vitro и анализ qPCR некоторых репрезентативных генов, связанных с жизненно важными клеточными процессами, такими как метаморфоз, переваривание пищи и мембрана кишечника, показали адаптивную дифференциальную регуляцию у личинок H. Armigera, которых кормили CanDef-20. Мы пришли к выводу, что прием CanDef-20 влияет на метаболизм насекомых различными способами через его взаимодействие с клеточной мембраной, ферментами, цитоплазматическими белками и запуск мобилизации транспозонов, которые связаны с задержкой роста и адаптивными стратегиями у H. Armigera.

Насекомые-вредители приводят к значительным потерям урожая сельскохозяйственных культур либо в результате прямого повреждения, либо в результате распространения болезней. Из числа насекомых-вредителей, угрожающих сельскохозяйственным растениям и поражающих их, Helicoverpa Armigera является многоядным и наиболее разрушительным1. Меры борьбы, такие как использование различных пестицидов и подходы на основе криотрансгенных культур, используются во всем мире, хотя у H. Armigera развивается устойчивость2, что приводит к неэффективности этих методов, что требует разработки новых биологических подходов для устойчивой и экологически безопасной борьбы с вредителями.

У многоядных насекомых развилось множество механизмов устойчивости, таких как выработка глутатион-S-трансферазы, глюкозооксидазы, сверхэкспрессия нечувствительной протеазы и монооксигеназы цитохрома P450, чтобы справиться с защитой растений3. Молекулярные механизмы устойчивости трансгенных Bt изучаются в последние годы. Мутация гена-переносчика кадгерина и ABCC2, присутствующего в эпителии щеточной каймы H. Armigera и H. virescens, привела к устойчивости к Bt-токсину4. В дополнение к этому, измененная экспрессия щелочной фосфатазы (ALP)5, аминопептидазы N (APN)6 и регуляторные события митоген-активируемой протеинкиназы (MAPK)7 были механизмами устойчивости, используемыми чешуекрылыми насекомыми против токсина Bt. Эти исследования предоставляют доказательства заметного разнообразия и пластичности метаболизма насекомых, позволяющего противостоять защите растений.

Растения развили сложную систему регулирования, обеспечивающую конститутивную и индуцированную защитную реакцию против атак травоядных животных3. Индукция путей жасмоната (JA) и салициловой кислоты (SA)4 с последующей выработкой вторичных метаболитов, ингибиторов протеиназ (ИП)5 и антимикробных пептидов (АМП) определяет специфическую защитную реакцию растений против вредителей. Влияние АМП на насекомых четко не расшифровано, и известно, что вероятность развития устойчивости к АМП у бактерий гораздо ниже, чем к антибиотикам8. Таким образом, изучение механизма противодействия насекомых против молекул защиты растений, таких как пептиды дефенсина, поможет нам построить пирамиду защитных молекул для лучшей борьбы с насекомыми-вредителями9.