Genetika změny živné rostliny: Mšice si chrání své symbionty


Změny živných rostlin, k nimž občas dochází u býložravého hmyzu, představují pozoruhodnou příležitost ke studiu ekologických adaptací a ke sledování procesu speciace, tedy vzniku nových druhů, přímo v akci. A nejde jen o samotný výzkum. Takové změny mívají i značný praktický význam, například když určitý druh hmyzu přejde ze své původní živné rostliny na nějakou pěstovanou plodinu. V takovém případě vznikne nový škůdce a škody mohou být nedozírné. Zároveň může ale dojít i k opačné situaci, kdy se domácí druh hmyzu přizpůsobí nově příchozímu invaznímu druhu rostliny. Pak je to dobrá zpráva, protože býložravý hmyz může omezit šíření invazní rostliny. Proto jsou změny hostitelských rostlin hmyzu v dnešní době ostře sledované. Na úrovni genů jim ale ještě příliš nerozumíme. 

Petr Nguyen z Přírodovědecké fakulty Jihočeské univerzity v Českých Budějovicích a Biologického centra AV ČR a jeho spolupracovníci ve své nové vědecké studii sledovali genetické změny, k nimž vedla změna hostitelské rostliny mšice broskvoňové (Myzus persicae). U této mšice, jejímiž živnými rostlinami jsou především slivoně, totiž v dřívější době vznikl poddruh Myzus persicae nicotianae, který je přizpůsoben životu na rostlinách tabáku (Nicotiana tabacum). Tato změna hostitelské rostliny zahrnuje i klíčovou adaptaci na genetické úrovni, spočívající v toleranci mšic vůči nikotinu. Tento alkaloid totiž slouží rostlinám jako účinný insekticid. 

Badatelé zjistili, že mšice během přechodu na tabák jako živnou rostlinu prodělaly celou řadu mutací, které se týkaly zhruba 1,5 milionů nukleotidů, tedy písmen genetické informace. Tyto genetické změny vedly mimo jiné k razantnímu zvýšení produkce enzymu, který v těle mšice zajistí neutralizaci nebezpečného nikotinu z tabáku. Velmi zajímavé přitom je, že k této zvýšené produkci potřebného enzymu dochází nejen ve střevech mšic, ale také v jejich bakteriocytech. To jsou specializované tukové buňky mšic, v nichž sídlí jejich velmi užiteční symbionti, bakterie ze skupiny gamaproteobakterií Buchneraaphidicola. Tyto bakterie dodávají mšicím životně důležité látky, především aminokyseliny a vitamíny. Vše nasvědčuje tomu, že právě tato adaptace na genetické úrovni byla rozhodující inovací, nezbytnou k tomu, aby se mšice, které jsou závislé na svých symbiontech, mohly pustit do toxických rostlin tabáku. 

zdroj: http://www.prirodoveda.cz/vyzkum/genetika-zmeny-zivne-rostliny-msice-si-chrani-sve-symbionty.html

Singh, K. S., Troczka, B. J., Duarte, A., Balabanidou, V., Trissi, N., Carabajal Paladino, L. Z., Nguyen, P., Zimmer, C. T., Papapostolou, K. M., Randall, E., Lueke, B., Marec, F., Mazzoni, E., Williamson, M. S., Hayward, A., Nauen, R., Vontas, J., Bass, C. 2020. The genetic architecture of a host shift: An adaptive walk protected an aphid and its endosymbiont from plant chemical defenses. Science Advances 6: eaba1070 (online 6. 5. 2020).