Яд осы-наездника поможет бороться с вредителями пчелиных ульев

Ученые из России и Ирландии выяснили, что после парализации ядом осы-наездника личинки восковой моли становятся особенно уязвимы к грибным инфекциям. Это происходит потому, что яд осы блокирует работу фермента, который укрепляет покровы личинок и не дает патогенам проникнуть внутрь.

Полученные данные будут полезны при разработке экологичных методов контроля численности насекомых-вредителей сельского хозяйства, сообщили в пресс-службе Российского научного фонда.

Традиционно в сельском хозяйстве для борьбы с насекомыми-вредителями используют химические вещества — инсектициды. Однако они имеют ряд недостатков, в частности, действуют неспецифично, оказывая негативное воздействие не только на вредителей, но и на полезные виды насекомых, например пчел. Остаточные концентрации инсектицидов накапливаются в сточных водах и почве и могут нести вред их обитателям. Кроме того, вредители быстро приобретают устойчивость к химикатам. Более экологичной альтернативой являются биологические методы борьбы с насекомыми-вредителями, в которых используют их естественных врагов.

Так, например, вредителей можно заражать микроскопическими грибами, однако они очень чувствительны к условиям окружающей среды, требовательны к высокой влажности и предпочитают ослабленных насекомых, поскольку вредители имеют плотные покровы и иммунную защиту, которые препятствуют заражению. При этом более ранние исследования показали, что некоторые природные яды (в частности яд ос-наездников) снижают иммунитет насекомых, поэтому потенциально их можно использовать, чтобы повысить эффективность заражения насекомых грибами.

Ученые из Сибирского государственного университета инженерии и биотехнологий (Новосибирск), Федерального научного центра биологической защиты растений (Краснодар) и Университета Галуэя (Ирландия) доказали, что яд ос-наездников помогает микроскопическому грибу метаризиуму быстрее и эффективнее заражать личинок большой восковой моли. В природе эта моль — вредитель пчелиных ульев, поскольку она питается медом и воском, повреждает соты и тем самым наносит ущерб пчеловодству. А в лаборатории она служит модельным объектом, как мыши для генетиков. Так, результаты экспериментов, проведенных на восковой моли, можно экстраполировать на насекомых-вредителей из отряда бабочек, таких как капустная моль, белянка, хлопковая совка и другие.

«В природе осы-наездники прокалывают яйцекладом личинок различных видов насекомых и вводят яд, чтобы обездвижить их и отложить на или под их покровы яйца. Это нужно, чтобы вылупившиеся из яиц личинки осы были обеспечены питанием — тканями еще живого, но неподвижного насекомого-хозяина. Компоненты яда ос обладают не только парализующим эффектом, но еще и способны блокировать часть реакций иммунной системы, что снижает защищенность насекомых и повышает их чувствительность к грибу. Поэтому после воздействия яда нужно меньше гриба, чтобы вызывать большой процент смертности насекомых», — рассказала руководитель проекта Екатерина Гризанова, кандидат биологических наук, ведущий научный сотрудник, заведующая лабораторией биологической защиты растений и биотехнологии Сибирского государственного университета инженерии и биотехнологий.

Авторы провели эксперименты в лаборатории, поместив личинок восковой моли и самок ос-наездников в одну чашку Петри. Осы обездвижили личинок своим ядом, но ученые не давали им откладывать яйца, чтобы посмотреть только воздействие яда. Затем исследователи заразили часть личинок микроскопическим грибом метаризиумом. Кроме того, параллельно провели заражение личинок, которые не были парализованы ядом ос.

Эксперимент показал: под воздействием только яда или только гриба гибнет не более 5% личинок, тогда как при их сочетании уже через сутки в живых остается лишь 52% личинок, а спустя двое суток — только 10%.

Такой эффект объясняется тем, что яд осы блокирует работу и синтез фермента, который отвечает за выработку меланина. У насекомых этот пигмент участвует в иммунном ответе на инфекцию, заживлении ран и укрепляет покровы тела, не давая патогенам, в том числе грибам, проникнуть в организм. Когда меланин не производится, личинка становится более уязвимой к инфекциям. В свою очередь гриб на парализованных насекомых более активно производит факторы вирулентности — ферменты, которые помогают ему преодолевать защитные системы и так уже ослабленных личинок.

«Наше исследование раскрывает механизм взаимодействия между паразитической осой и грибом, который можно использовать для борьбы с вредителями: например, сначала выпускать ос-наездников на сельскохозяйственные поля, после чего обрабатывать их грибковыми биопестицидами. В дальнейшем мы планируем создать конструкцию для модификации гриба таким образом, чтобы он мог синтезировать компонент яда наездника и тем самым быть более эффективным в контроле численности насекомых-вредителей. Кроме того, интересно будет использовать РНК-интерференцию (целенаправленное подавление активности гена) для прямой блокировки защитного фермента насекомых, что будет повышать чувствительность вредителей к грибной инфекции», — подвела итог Екатерина Гризанова.

Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда, опубликованы в Journal of Invertebrate Pathology.