Тростниковая цикадка (Pentastiridius leporinus) изначально была насекомым, питавшимся исключительно тростником. Однако за несколько лет она превратилась в опасного вредителя, который поражает не только тростник, но и сахарную свёклу, картофель, морковь и лук. Хотя само насекомое наносит растениям незначительный ущерб, оно переносит вредные бактерии, вызывающие болезни растений и приводящие к массовым неурожаям, особенно при выращивании сахарной свёклы и картофеля. За это отвечают два бактериальных патогена: один вызывает SBR (синдром низкого содержания сахара), а другой — столбур — инфекционное заболевание растений семейства паслёновых.
Исследователи из Института химической экологии Общества Макса Планка в Йене изучили, как это насекомое так быстро распространилось и какую роль в этом процессе могла сыграть его микробная флора. Ученые использовали современные методы секвенирования и флуоресцентную in situ гибридизацию, чтобы идентифицировать микробное сообщество и определить, где оно находится в теле насекомого. Работа опубликована в журнале mBio.
«Мы показали, что тростниковая цикадка является носителем как минимум семи видов бактерий. Цикадка полностью зависит от трёх из этих видов. Эти симбионты обитают в определённых органах и передаются из поколения в поколение вместе с яйцами. Бактерии участвуют в питании цикадки, вырабатывая незаменимые аминокислоты и витамины. Два других вида бактерий вызывают такие заболевания растений, как SBR и столбур. Эти патогены передаются от цикадок растениям-хозяевам, что в значительной степени усугубляет вредоносное воздействие цикадок. Значение двух оставшихся бактерий остаётся неясным», — говорит ведущий автор исследования Хайко Фогель.
Двумя патогенными для растений бактериями являются Candidatus Arsenophonus phytopathogenicus, вызывающая SBR, и Candidatus Phytoplasma solani, вызывающая столбур. Исследовательская группа обнаружила ещё 5 видов бактерий в различных органах тростниковой цикадки. Роды Purcelliella, Karelsulcia и Vidania являются симбионтами, которые питаются соком растений. Эти бактерии компенсируют недостаток питательных веществ, предоставляя незаменимые аминокислоты и витамины группы B или способствуя биосинтезу этих веществ. Значение родов Rickettsia и Wolbachia для насекомых-хозяев остаётся неопределенным. «Мы были особенно поражены разнообразием микробов», — говорит Мартин Кальтенпот, руководитель отдела симбиоза насекомых в Институте Макса Планка.
До сих пор неизвестно, как тростниковая цикадка приспосабливается к разнообразным защитным механизмам растений-хозяев. Однако свою роль здесь могут играть как бактерии, вызывающие болезни растений, так и симбионты.
Результаты исследования служат отправной точкой для разработки целенаправленных стратегий по управлению бактериальными симбионтами тростниковой цикадки. Один из подходов заключается в подавлении выработки специфических белков слюны у цикадок с помощью РНК-интерференции. Для этого в организм цикадки вводится двухцепочечная РНК (дцРНК), воздействующая на целевой ген. «В настоящее время мы разрабатываем спреи на основе дцРНК для экологически безопасной и целенаправленной борьбы с тростниковой цикадкой и другими вредителями», — говорит Андреас Вильцинскас из Института молекулярной биологии и прикладной экологии им. Фраунгофера.
Планируются дальнейшие исследования, которые помогут лучше понять роль микроорганизмов-партнёров тростниковой цикадки, их взаимодействие и найти подходы к борьбе с этим опасным сельскохозяйственным вредителем.
[Фото: Benjamin Weiss, Max Planck Institute for Chemical Ecology]