Исследование, проведённое учёными из Индийского института науки (IISc), показало, что красочный пигмент, извлекаемый из лакового насекомого, на самом деле может производиться симбиотическим дрожжеподобным организмом, живущим внутри насекомого.
Команда продемонстрировала, что дрожжеподобный организм исключительно содержит гены, кодирующие ключевые ингредиенты в пути синтеза пигмента.
Пигмент яркого красного цвета является ценным товаром, используемым не только в пищевой окраске, текстиле и красителях, но также в ремеслах и народном искусстве.
«Тысячи лет Индия была ключевым производителем лака», — говорит Шантан Шукла, доцент кафедры биологии развития и генетики (DBG) IISc и автор исследования, опубликованного в Proceedings of the National Academy of Sciences.
Насекомое лакового дерева растёт на определённых деревьях (например, на «Лесном пламени»), пьёт его сладкий сок и выделяет липкую смолу, называемую шеллаком. Оно также производит ярко-красное соединение, называемое лаккаиковой кислотой, которое используется для изготовления пигмента. Как насекомое производит лаккаиковую кислоту, оставалось загадкой. Десятилетия учёные безуспешно искали гены, кодирующие её синтез в геноме насекомого.
«Путь производства пигмента был не очень ясен», — говорит Шукла.
Одним из ключевых ингредиентов, необходимых для синтеза лаккаиковой кислоты, является аминокислота тирозин, которую насекомое не может производить самостоятельно или получать из древесного сока. Такие недостающие ингредиенты обычно поставляются симбиотическими бактериями или грибами, которые живут внутри тел насекомых и выделяют эти молекулы в обмен на жильё.
Команда секвенировала весь бактериальный и грибковый микробиом насекомого и определила двух возможных кандидатов: бактерию, принадлежащую к роду Wolbachia, и дрожжеподобный гриб. Предыдущие исследования других учёных намекали на присутствие грибка, но не идентифицировали его и не секвенировали его геном.
В текущем исследовании команда обнаружила, что ни насекомое, ни бактерия не несли гены, необходимые для производства тирозина и других компонентов пути пигмента. Но дрожжеподобный организм имел — он нёс весь набор генов, необходимых для производства лаккаиковой кислоты. Это включает в себя гены, кодирующие различные ферменты, которые катализируют производство ароматических молекул, являющихся строительными блоками лаккаиковой кислоты.
Одной из ключевых задач было вырастить насекомых лакового дерева, у которых отсутствовал дрожжеподобный организм, чтобы выявить роль последнего, говорит Вайшалли, первый автор и аспирант DBG.
«Гриб не культивируется, а сами насекомые не могут выжить вне своего растения-хозяина в системе искусственного культивирования. Поэтому все наши эксперименты пришлось проводить с насекомыми, выращенными на растениях-хозяевах, что усложняло задачу», — добавляет она.
«Что очень специфично для грибка, так это то, что он находится внутри ооцита [яйцеклетки] насекомого», — говорит Шукла. Грибок плавает в гемолимфе насекомого — эквиваленте крови животных — и, как только ооцит созревает, он прикрепляется к нему и входит в ооцит, передаваясь потомству, которое выходит из ооцита. «Этот тип «вертикальной передачи» поразителен», — добавляет Шукла.
Когда команда распылила фунгицид на насекомых лакового дерева, они обнаружили, что производство пигмента было снижено, а насекомые также уменьшились в размерах. Это говорит о том, что насекомое, вероятно, полагается на грибок в получении других питательных веществ, отсутствующих в его рационе, — зависимость, сформированная в ходе миллионов лет эволюции.
«Дрожжеподобный организм занимает центральное место в этой истории, поскольку симбионты грибов плохо изучены у насекомых», — говорит Шукла. «Это исследование подчёркивает важность грибов в эволюции насекомых».
Предоставлено Индийским институтом науки.