Возможный вариант снижения потерь семян и зерна от пернатых.
Открытие гена сорго, который влияет на пищевое поведение птиц, поможет лучше выстроить защиту посевов, считают ученые.
Согласно исследованию, опубликованному 23 сентября в журнале Molecular Plant, один ген сорго – Tannin1 — контролирует поведение птиц, отвечая за регулирование выработки молекул «с плохим вкусом» (синтез вяжущих полифенолов) и одновременное продуцирование привлекательных для пернатых летучих веществ.
Авторы предполагают, что понимание таких процессов приведет к новым стратегиям контроля для защиты основных зерновых культур во всем мире.
«Мы обнаружили молекулярный механизм, управляющий питанием птиц на семенах сорго, — говорит со-старший автор исследования Ци Си из Китайской академии наук. — Помимо иллюстрации примера того, как полевые наблюдения привели к характеристике экологически эффективного молекулярного механизма, наше исследование раскрывает новое понимание химии взаимодействий птиц и растений, предлагая множество стратегий для разработки новых химических и генетических мер контроля с целью защиты урожая».
Ущерб от птиц выливается для аграриев в астрономические суммы каждый год. Пернатые разбойники склевывают семена или даже, как вампиры, высасывают соки из незрелых семян, провоцируя развитие плесеней и других болезней растений.
К сожалению, в настоящее время мало существует эффективных мер отпугивания птиц, а применение ловчих сетей требует огромных человеческих ресурсов и материальных вложений, не говоря о том, что это оборачивается гибелью пернатых.
Сорго, наряду с пшеницей, ячменем, рисом и просом, относится к наиболее уязвимым для птиц культурам.
Что касается сорго, то эта зерновая культура является постоянным источником калорий для более чем 500 миллионов человек во всем мире, а также служит источником биотоплива. При этом, ущерб урожаю сорго от птиц достигает 52%.
Некоторые ученые обращали внимание на то, что птицы предпочитают те или иные растения сорго, но почему так происходит, было не ясно.
Проведя общегеномное исследование, соавторы исследование Се и Яоронг Ву из Академии наук Китая обнаружили, что ген Tannin1 регулирует поведение при кормлении птиц.
Линии сорго, которых избегают птицы, содержат версию Tannin1 дикого типа, в то время как линии сорго, предпочитаемые птицами, имеют мутированную версию гена.
«Растения получают выгоду от гена Tannin1 дикого типа, а птицы — от мутированной формы Tannin1», — говорит Ву.
Используя масс-спектрометрию, ученые установили, что семена, собранные с линий сорго, предпочитаемых птицами, уменьшали накопление метаболитов пути биосинтеза для флавоноидов, называемых антоцианинами и проантоцианидинами, также известными как конденсированные танины. Эти данные согласуются с результатами предыдущих исследований, показывающих, что Tannin1 регулирует экспрессию генов, участвующих в биосинтезе антоцианов и проантоцианидинов.
В то же время семена, собранные с линий сорго, предпочитаемых птицами, имели более высокие уровни обнаруженных летучих органических соединений, при этом некоторые летучие вещества, полученные из жирных кислот, достигли 30-кратного увеличения.
Известно, что ароматические летучие органические соединения растений привлекают опылителей и животным-распространителей семян.
Кроме того, предпочтительные для птиц линии сорго показали более высокую экспрессию генов, участвующих в пути биосинтеза жирных кислот, по сравнению с отталкивающими птиц линиями сорго.
В экспериментах по кормлению исследователи обнаружили, что воробьи предпочитали есть необработанные семена по сравнению с семенами, пропитанными растворами, содержащими антоцианы, проантоцианидины или дубильную кислоту.
Как конденсированные дубильные вещества, так и дубильная кислота являются полифенолами, терпкость которых может ухудшить вкус или усвояемость семян.
С другой стороны, птиц больше привлекают семена, пропитанные летучими веществами, по сравнению с необработанными семенами.
По мнению авторов, полученные данные свидетельствуют о том, что генетические полиморфизмы в одном локусе, Tannin1, могут оказывать значительное метаболическое регуляторное воздействие на многочисленные пути метаболизма полифенолов и жирных кислот в растениях, в конечном итоге определяя, будет ли данная линия сорго считаться привлекательным источником пищи для птиц.
«Наше открытие, что Tannin1 оказывает огромное влияние на предпочтения птиц в кормлении, почти наверняка будет направлять усилия по отбору с помощью молекулярных маркеров в программах улучшения культур, направленных на ограничение или предотвращение повреждения культур птицами», — говорит Се.
«Более того, наше понимание того, какие соединения привлекают птиц и какие соединения являются неприятными для птиц, предлагает целый ряд новых мер контроля, которые могут быть предприняты для предотвращения потери урожая. Например, мы могли бы химически или генетически блокировать активность ферментов в биосинтезе летучих веществ-аттрактантов. Или запрограммировать содержание сгущенного танина, или использовать дубильную кислоту или сгущенные танины в качестве безопасных зеленых пестицидов для защиты семян сельскохозяйственных культур в полевых условиях», — заключают авторы.