Ученые говорят, что, косвенно манипулируя поведением пчел для улучшения опыления зараженных растений путем изменения их запаха, вирус эффективно расплачивается со своим хозяином. Это также может принести пользу вирусу: способствовать распространению пыльцы растений, восприимчивых к инфекции, и тем самым препятствовать появлению устойчивых к вирусу штаммов растений.Авторы нового исследования, опубликованного в журнале PLOS Pathogens, говорят, что понимание запахов, привлекающих пчел, и их искусственное воспроизведение с использованием аналогичных химических смесей может позволить производителям защитить или даже повысить урожайность культур, опыляемых пчелами.
«Пчелы обеспечивают жизненно важную услугу опыления при производстве трех четвертей мировых продовольственных культур. Поскольку их численность стремительно сокращается, ученые искали способы использовать силу опылителей для повышения урожайности сельскохозяйственных культур», — сказал главный исследователь исследования доктор Джон Карр. , Руководитель Кембриджской группы вирусологии и молекулярной патологии растений.«Лучшее понимание природных химических веществ, привлекающих пчел, может обеспечить способы улучшения опыления и привлечения пчел к хорошим источникам пыльцы и нектара, которые им необходимы для выживания», — сказал Карр.Он проводил исследование с профессором Беверли Гловер, директором Ботанического сада Кембриджского университета, где проводились многие эксперименты, и сотрудниками Rothamsted Research.
ЦМВ передается тлей — пчелы не переносят вирус. Это один из наиболее распространенных патогенов, поражающих растения томатов, в результате чего небольшие растения с невкусными плодами могут нанести серьезный ущерб культивируемым культурам.ЦМВ не только является одним из наиболее вредных вирусов для садовых культур, но и сохраняется в популяциях диких растений, и Карр говорит, что новые результаты могут объяснить, почему: «Мы были удивлены, что пчелам понравился запах растений, зараженных этим вирусом — — в этом нет смысла.
Можно подумать, что опылители предпочтут здоровое растение. Однако моделирование показало, что если опылители будут склонны к заболеванию растений в дикой природе, это может помешать естественному отбору на устойчивость к болезням », — сказал он.«Вирус вознаграждает восприимчивые к болезням растения и в то же время производит новых хозяев, которые он может заразить, чтобы предотвратить вымирание.
Возможно, это пример того, что известно как симбиотический мутуализм».Ученые считают, что усиление опыления пчелами может также компенсировать снижение урожайности семян в более мелких плодах зараженных вирусом растений.Полученные данные также показывают новый уровень сложности эволюционной «гонки вооружений» между растениями и вирусами, при которой классически считается, что растения постоянно развивают новые формы устойчивости к болезням, в то время как вирусы развивают новые способы уклонения от нее.«Мы ожидаем, что растения, восприимчивые к болезням, пострадают, но, делая их более привлекательными для опылителей, вирус дает этим растениям преимущество.
Наши результаты показывают, что картина гонки вооружений между растениями и патогенами более сложна, чем предполагалось ранее, и в некоторых случаях мы должны думать о вирусах более позитивно », — сказал Карр.Растения выделяют летучие, переносимые по воздуху органические химические соединения, участвующие в запахе, для привлечения опылителей и отпугивания животных и микробов, питающихся растениями.
Люди использовали их на протяжении тысячелетий в качестве духов и специй.Исследователи выращивали растения в индивидуальных контейнерах и собирали воздух с выбросами от растений, инфицированных ЦМВ, а также от контрольных растений с имитацией заражения.
С помощью масс-спектрометрии исследователи смогли увидеть изменение выбросов, вызванное вирусом. Они также обнаружили, что шмели чувствуют изменения. Выпущенные одну за другой на небольшой «летной арене» в Ботаническом саду и засекаемые исследователями с помощью секундомера, пчелы сначала направлялись к зараженным растениям и дольше оставались на них.
«Пчелы гораздо более чувствительны к смесям летучих веществ, выделяемых растениями, и могут обнаруживать очень тонкие различия в смеси химикатов. Фактически, их даже можно обучить обнаруживать следы химикатов, выделяемых синтетическими веществами, включая взрывчатые вещества и наркотики». — сказал Карр.Анализ показал, что вирус производит фактор, называемый 2b, который перепрограммирует генетическую экспрессию в растениях томата и вызывает изменение запаха.
Математическое моделирование, проведенное эпидемиологом по болезням растений доктором Ником Канниффом, также из Департамента растениеводства в Кембридже, исследовало, как экспериментальные результаты применяются за пределами теплицы. Модель показала, как предвзятость опылителей для инфицированных растений может привести к тому, что гены восприимчивости к болезням сохранятся в популяциях растений на протяжении чрезвычайно большого числа поколений.Последнее исследование является кульминацией почти восьмилетней работы (и многократных укусов пчел). Полученные данные лягут в основу нового сотрудничества с Королевским садоводческим обществом, цель которого — расширить услуги опылителей для возделываемых культур.
С учетом того, что к 2050 году численность мирового населения, по оценкам, достигнет девяти миллиардов человек, производство достаточного количества продуктов питания станет одной из величайших проблем этого века. Карр, Гловер и Каннифф — все члены Кембриджской глобальной инициативы по продовольственной безопасности в Кембридже, которая занимается решением проблем, связанных с продовольственной безопасностью, на местном, национальном и международном уровнях.