Majs skadedyr udnytter plantebeskyttelsesmidler for at beskytte sig selv

Den vestlige majsrodorm er fortsat stigende i Europa. Hvorfor forsøg på biologisk at målrette dette afgrøde skadedyr ved at anvende entomopatogene nematoder har mislykkedes, kan nu forklares med dette insekts fantastiske forsvarsstrategi. I deres nye undersøgelse, forskere fra universitetet i Bern, Schweiz, og Max Planck Institute for Chemical Ecology i Jena, Tyskland, viser, at rodormslarverne er i stand til at opsuge planteforsvarsforbindelser fra majsrødder i en ikke-toksisk form og kan aktivere toksinerne, når de har brug for dem for at beskytte sig mod deres egne fjender.

Den vestlige majsrodorm ( Diabrotica virgifera virgifera ) er et ødelæggende skadedyr af majsplanter, som har spredt sig over hele Europa. Årets skadedyrsbekæmpelse i Tyskland afslørede, at antallet af biller fanget i fælder igen er mangedoblet i forhold til året før. Insektet stammer fra Mellemamerika, hvorfra den spredte sig invasivt i hele Nordamerika siden 1950'erne. Landbrugsmyndigheder i USA anslår, at den vestlige majsrodorm forårsager skader til en værdi af milliarder af dollars hvert år.

Planter anvender sofistikerede forsvarsstrategier for at afværge de mange arter af insekter, der er interesseret i at fodre på deres næringsrige blade eller rødder. Forskere fra Bern og Jena har nu undersøgt sagen om en billelarve, som udnytter plantens forsvar til eget brug. Majsplanter opbevarer forsvarsforbindelser kendt som benzoxazinoider i deres rødder i en giftfri form. Hvis planteædere angriber planterne, disse molekyler nedbrydes hurtigt til forbindelser, der er giftige for de fleste insekter. "Vi kunne vise, at den vestlige majsrodorm stabiliserer et giftigt benzoxazinoid ved at tilføje et sukkermolekyle. Dette modificerede molekyle bruges direkte til at holde nematoder, bruges som biologisk kontrol væk. I øvrigt, rodorme kan stabilisere en anden plante-afledt benzoxazinoid, afsondrer sin giftfri form i deres kroppe, og aktiver den ved nematodeangreb ", forklarer først og hovedforfatter Christelle Robert, der startede dette projekt i Jena og fortsatte det på universitetet i Bern. Derfor, rodormen bruger engang en dobbelt strategi til at udnytte planteforsvar til sin egen beskyttelse.

Biologisk bekæmpelse med nematoder virkede engang som et lovende alternativ til brug af kemiske pesticider. Tidligere undersøgelser, der involverede forskere fra Max Planck Institute for Chemical Ecology, havde fundet ud af, at majsrødder udsender (E) -beta-caryophyllen for at tiltrække gavnlige nematoder. Entomopatogene nematoder i jorden, ligesom den gavnlige organisme Heterorhabditis bacteriophora , har potentiale til at invadere skadedyrsinsekter, hvor de udskiller symbiotiske bakterier. Bakteriepartnerne dræber insektværten, og nematoderne formerer sig i kadaven. Dette virkede som en rimelig strategi for at bekæmpe den vestlige majsrodorm.

"Desværre, nematoderne reducerede ofte ikke Diabrotica befolkninger meget, men det var ikke klart, hvorfor dette var tilfældet. Takket være det nuværende arbejde, vi kan nu diagnosticere præcis, hvorfor den biologiske kontrol er ineffektiv. Rodormen er bare for godt beskyttet med plantens eget forsvar. En anden tilgang til bekæmpelse af rodormen er at opdrætte majs til mere benzoxazinoid -forsvar. Ifølge de nye resultater, dette vil heller ikke have den store effekt på Diabrotica på grund af deres modstandsdygtighed over for disse kemiske forbindelser, og gør endda tingene værre ved at lave Diabrotica mere modstandsdygtig over for nematoder og muligvis andre biologiske kontroller "Jonathan Gershenzon fra Max Planck Institute for Chemical Ecology opsummerer.

Disse mislykkede tilgange med biologiske kontroller og planter med høje benzoxazinoidkoncentrationer har ladet forskerne sidde fast Scylla og Charybdis og vis, hvor svært rodormen er at kontrollere. Forskerne vil nu forsøge at identificere de gener eller enzymer, der gør rodormene i stand til at overliste majsforsvar for at sikre deres egen overlevelse. Måske hvis disse gener kan dæmpes, rodormene bliver modtagelige for nematodeinfektion.

"Vores arbejde illustrerer, hvordan et specialiseret og stærkt ødelæggende majsskadedyr har udviklet evnen til at udnytte de store toksiner fra værtsplanten til at undslippe predation af jordbårne naturlige fjender. Disse resultater giver en forklaring på den begrænsede succes med biologiske bekæmpelsesprogrammer, der er målrettet mod vestlig majsrodorm ", siger Christelle Robert. Undersøgelsen er et vigtigt grundlag for yderligere undersøgelser med det mål at forbedre bekæmpelsen af ​​denne store landbrugsskadedyr betydeligt i fremtiden.