Исследователи обнаружили: бактерии Bacillus thuringiensis, выросшие на твердой питательной среде в течение трех суток, убивают личинок вощинной огневки вдвое чаще, чем те, что культивировались в жидкой среде. Это связано с тем, что на третий день роста на твердой среде колонии содержат больше спор и токсинов. Понимание жизненного цикла Bacillus thuringiensis поможет создать эффективные биологические инсектициды для защиты растений от вредителей. поддержанного грантом Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в журнале Journal of Invertebrate Pathology.
Автор исследования — Татьяна Крыцына. Информация предоставлена пресс-центром НГАУ.
Bacillus thuringiensis Бактерии, применяемые в сельском хозяйстве более ста лет для борьбы с вредителями, такими как личинки бабочек, жуков, комаров и мух (колорадский жук, капустная совка, капустная моль и другие), безопасны для человека и полезных насекомых, например, пчел и божьих коровок.
Токсины действуют только на определенные отряды насекомых. Вещества, в частности Cry-токсины, вырабатываются бактериями при образовании спор — структур, предназначенных для выживания в неблагоприятных условиях. При попадании Cry-токсинов со спорами в организм насекомого разрушается его кишечник, что приводит к гибели. Споры… Bacillus thuringiensis Обеспечивают стойкость бактерий к окружающим факторам. , При прорастании в кишечнике насекомого бактерии выделяют дополнительные ферменты, усиливающие действие Cry-токсина и обеспечивающие эффективную борьбу с иммунитетом вредителя. Bacillus thuringiensis Подходящие для защиты растений от вредителей в сельском хозяйстве.
Попадая в организм насекомого, Bacillus thuringiensis Развитие бактерии проходит три этапа. Сначала она активно размножается в теле хозяина, вырабатывает факторы вирулентности — «оружие», которое может усилить действие Cry-токсина или помочь избежать иммунитета хозяина, — и вызывает гибель последнего (вирулентная стадия). Далее бактерии используют питательные вещества из погибших клеток насекомого после его смерти (некротрофная стадия). В завершение, при отсутствии питательных веществ, образуют споры и новые Cry-токсины для выживания (стадия споруляции). Бактерия может расти как в жидкой, так и на твердой среде. Жидкая среда чаще всего используется для биотехнологического производства биопрепаратов и отдаленно моделирует условия, когда бактерия находится в гемолимфе насекомого, а твердая — это среда естественного обитания бактерий вне хозяина, например на листьях растений и поверхности почвы. Оставалось не до конца понятным, как эти условия влияют на стратегию развития и вирулентность бактерий, то есть их способность вызвать гибель насекомого при заражении.
Ученые из Новосибирского государственного аграрного университета (Новосибирск) с коллегами из Университета Голуэя (Ирландия) и Университета Суонси (Великобритания) сравнили, как условия роста Bacillus thuringiensis Влияние условий окружающей среды — жидкой среды или твердой поверхности — на вирулентность изучалось. В качестве модели исследователи выбрали лабораторную группу личинок вощинной огневки, которая в дикой природе питается медом, пергой и сотами пчел в ульях, нанося ущерб пчеловодству.
В исследовании ученые выращивали Bacillus thuringiensis В разных условиях измеряли скорость роста и образования спор, а также активность генов, связанных с вирулентностью. Затем бактериями заражали личинок вощинной огневки для сравнения эффективности микроорганизмов, выращенных в разных условиях, в вызыве гибели насекомых.
Исследование показало: бактерии, выросшие на твердой среде в течение трех дней, убивали личинок вдвое чаще, чем бактерии, выращенные в жидкой среде. Это из-за большего количества спор и Cry-токсинов в колониях, которые были более смертельны для насекомых при заражении. К седьмому дню различия в вирулентности исчезли: большинство клеток обеих популяций закончили образование спор и производство Cry-токсинов.
Учёные изучали активность главных генов, определяющих жизнедеятельность. Bacillus thuringiensisНа твердой среде активность гена спорообразования и Сry-токсина к третьему дню роста была существенно выше, чем в жидкой. Активизация генов, отвечающих за дополнительные факторы вирулентности, наблюдалась как у бактерий в жидкой, так и на твердой среде. Вместе с тем, отсутствие Cry-токсина для бактерий в жидкой среде не приносило преимуществ.
Различия связаны с началом образования спор и Cry-токсинов в твердой среде раньше, увеличивая опасность для насекомых-вредителей. В этой популяции происходит «разделение труда»: одни клетки специализируются на спорообразовании и Cry-токсине, другие вырабатывают дополнительные факторы вирулентности. Полагают, что такое разнообразие жизненных стадий улучшает адаптацию к изменяющимся условиям и повышает выживаемость микроорганизмов.
Знать, как условия роста Bacillus thuringiensis Для создания эффективных биопестицидов важно влияние на способность насекомых заражать. Ученые отмечают, что для массового производства средств защиты от вредителей нужно, чтобы бактерия завершила образование спор. Исследование показало, что при культивировании на твердой среде процесс споруляции наступает быстрее.
Дальнейшие исследования будут посвящены изучению жизненного цикла популяций Bacillus thuringiensis в организме насекомых после инъекции для лучшего понимания адаптации бактерий к разным условиям внутри хозяина и повышения эффективности биопрепаратов. Руководитель проекта, поддержанного грантом РНФ, Екатерина Гризанова, кандидат биологических наук, ведущий научный сотрудник, доцент кафедры защиты растений Новосибирского государственного аграрного университета, рассказывает об этом.
Российский научный фонд предоставил информацию и фотографии.