Ученые нашли четыре феромона у самок восточной фруктовой мухи

Ученые из Китая обнаружили, что самки восточной фруктовой мухи выделяют четыре вещества, которые привлекают самцов и в то же время отталкивают других самок от тех самцов, которые недавно спаривались. Исследователи выяснили, что синтез этих веществ контролирует фермент элонгаза и ген, отвечающий за определение пола. Исследование опубликовано в Proceedings of the National Academy of Sciences

Восточные фруктовые мухи (Bactrocera dorsalis) живут в Юго-Восточной Азии и откладывают личинки в плоды многих диких и культурных растений. Растущие личинки наносят значительный урон фруктовым садам и считаются одним из самых агрессивных плодовых вредителей, поэтому размножение B. dorsalis необходимо контролировать. Для этого ученым важно знать, как именно это размножение регулируется. Уже было звестно, что самцы B. dorsalis выделяют феромоны, которые привлекают самок, однако про феромоны самок ученые до сих пор знали мало.

Яояо Чен (Yaoyao Chen) из Южно-Китайского сельскохозяйственного университета с коллегами решили исследовать феромоны, которые выделяют самки B. dorsalis, и пути, задействованные в их синтезе. Сначала они сравнили химические профили выделений эпидермальных тканей брюшной полости самок и самцов B. dorsalis спустя 10 дней после их рождения. Им удалось идентифицировать четыре соединения, которые были лишь у самок мух: этиллаурат, этилмиристат, этилпальмитат и этил цис-9-гексадеценоат. Эти или аналогичные соединения нередко встречаются у самок других мух рода Bactrocera и выполняют разные функции, а также играют роль феромонов у дрозофил и других насекомых. До третьего дня после появления самки B. dorsalis не выделяли эти вещества, а затем их концентрация росла, становясь максимальной на восьмой день. Также ученые обнаружили эти соединения на самцах сразу после спаривания с самками.

Исследователи предположили, что эти соединения — феромоны, которые привлекают самцов. Чтобы это проверить, они ссаживали попарно половозрелых самцов и самок разных возрастов — с 1 по 15 день после появления. Самки первого и второго дня не спаривались с самцами, с третьего по шестой день — спаривались редко, на восьмой день успешность спаривания выросла до 60 процентов и оставалась стабильно высокой до пятнадцатого дня. Самцы также стали предпринимать больше попыток спариться с самками по мере их взросления.

После этого исследователи обработали пятидневных самок четырьмя феромонами и стали ссаживать их с самцами. Успешность спаривания в этом случае возросла, как если бы самки тоже были зрелыми: 58–62 процентов самцов успешно ухаживали за самками, активность ухаживаний также возросла. Количество феромонов положительно коррелировало с успешностью совокупления. Если пятидневная самка не была обработана феромонами, лишь 8 процентов самцов спаривались с ней. Дополнительно авторы попробовали привлечь диких фруктовых мух смесью женских феромонов и заманить их в ловушки — в итоге в ловушки попались самцы, но не самки.

Дальнейшие эксперименты показали, что самки не так охотно спариваются с самцами, которые недавно спаривались с другими самками и некоторое время после этого распространяли их феромоны. Около пяти часов после первого спаривания последующие спаривания самцов были успешными лишь в 4–12 процентах случаев. При этом самцы не становились менее активными и спустя пять часов ухаживали за самками, как и прежде, но те избегали совокупления. В то же время концентрация женских феромонов, переносимых самцами после спаривания, снижалась со временем и спустя 6 часов авторы не обнаруживали их у самцов. Тогда ученые обработали феромонами девственного десятидневного самца — и самки стали избегать и его тоже.

Секвенирование РНК кожных покровов брюшка самок и самцов показало повышенную экспрессию генов элонгаз (elo5 и elo11) — ферментов, которые могли бы участвовать в синтезе всех четырех соединений. Их экспрессия усиливалась по мере взросления самок, а подавление экспрессии гена elo11 приводило к тому, что уровни всех феромонов снижались примерно вдвое. Самки с подавленной экспрессией elo11 меньше привлекали самцов, и успешность спариваний в парах с такими самками была ниже. Затем ученые экспрессировали elo11 в дрожжах и убедились, что дрожжевые клетки могут синтезировать все четыре феромона в присутствии предшественника — этилдеканоата. Дрожжи без фермента синтезировать феромоны не могли.

Заключительный эксперимент показал, что экспрессию elo11 контролирует другой ген — doublesex. Он участвует в определении пола мух, подвергаясь альтернативному сплайсингу во время развития яиц. Мужская версия белка подавляет экспрессию гена элонгазы, а женская — активирует.

Феромоны животных могут действовать даже более хитрым образом. Например, аргентинские муравьи выделяют вещества, которые одновременно отпугивают муравьев-конкурентов другого вида и привлекают сородичей.