Разработан новый метод защиты растений: ИИ вычисляет феромоны насекомых-вредителей
ИИ помог ученым найти феромон бабочки-вредителя и поймать насекомых в химическую ловушку.
Дмитрий ПавловАвтор Hi-Tech Mail
Ученые разработали новый способ поиска половых феромонов насекомых-вредителей. В эксперименте искусственный интеллект помог определить химическое вещество, с помощью которого самки лилейной совки (Spodoptera picta) привлекают самцов. Метод может упростить создание феромонных ловушек и других методов биологической защиты растений.
Исследование провели специалисты французского INRAE совместно с Университетом Лазурного берега и Нанкинским сельскохозяйственным университетом. Работа опубликована в журнале BMC Biology — полный текст исследования доступен на сайте Springer Nature.
Обычно поиск феромона начинается с беготни с сачком по полю — ученым нужны живые насекомые. Важно угадать момент, когда самки выделяют пахучие вещества, поймать достаточно много насекомых обоего пола, затем разобрать сложную смесь химических соединений и проверить, на какие из них реагируют самцы. Исследователи решили кардинально перевернуть эту трудоемкую и не очень надежную схему.
Сначала они изучили гены S. picta и родственных бабочек S. litura и S. littoralis и нашли два рецептора запахов — OR5 и OR75. Затем при помощи компьютерного моделирования и искусственного интеллекта ученые восстановили предполагаемые трехмерные структуры этих белков и проверили, какие молекулы способны с ними связываться.
Так удалось выйти на вещество (Z,E)-9,11-тетрадекандиенил ацетат. Затем компьютерный прогноз проверили экспериментально — с помощью электрофизиологических, химических и поведенческих тестов. Оказалось, что ИИ попал в цель: это главный компонент полового феромона самки лилейной совки, а самцы способны его обнаруживать и реагировать на него.
Бабочка выходит на «связь» строго по расписанию
Самое интересное обнаружилось при изучении поведения самок. Наибольшая активность, связанная с выделением феромона, наблюдалась у молодых бабочек в первые два дня взрослой жизни. В течение ночи самки начинали активно подавать химический сигнал примерно через пять часов после наступления темноты, а пик приходился на период от 6,5 до 9 часов после ее начала. В это время призывный сигнал подавали до 60% самок.
Химический анализ показал, что в составе феромона есть четыре основных соединения. Главным оказался найденный учеными (Z,E)-9,11-тетрадекандиенил ацетат. Его соотношение с тремя минорными компонентами составило 100:45:34:3.
Самцам хватало и одного главного вещества. В эксперименте синтетический феромон в количестве 10 мкг заставлял большую часть самцов характерно размахивать крыльями, демонстрировать специальные структуры на теле и «сломя голову» устремляться к источнику запаха. При добавлении второстепенных компонентов реакция становилась еще заметнее.
Зачем вообще вычислять запахи насекомых
Лилейная совка и ее многочисленные родственники из семейства Noctuidae в стадии гусеницы питаются растениями семейства амариллисовых и серьезно повреждают декоративные культуры. Для общественных парков, домохозяйств с посадками, научных ботанических садов проблема особенно актуальна, поскольку использование химических средств защиты там ограничено или невозможно.
Феромоны уже применяются для борьбы с насекомыми-вредителями. Их можно использовать в ловушках для мониторинга численности популяции, массового отлова или для нарушения спаривания, когда большое количество искусственного вещества сбивает насекомым «навигацию» по запаху.
Авторы исследования считают главным результатом не только обнаружение in silico феромона S. picta, но и сам принцип. Если компьютерная модель сможет подсказывать подходящие пары «рецептор — молекула», ученым будет проще искать неизвестные феромоны у других, в том числе новых и инвазивных, вредителей.
Идея особенно интересна на фоне других исследований о химической коммуникации растений и насекомых. Например, на Hi-Tech Mail мы рассказывали о том, как кукуруза при плотной посадке выделяет летучие вещества, способные отпугивать вредителей.
Еще один материал посвящен древнему взаимодействию растений и насекомых-опылителей: в окаменелостях возрастом около 24 млн лет ученые обнаружили цветки липы, шмелей и сохранившиеся пыльцевые зерна, свидетельствующие об их взаимодействии.
природаБиологияПоделиться
