Французские исследователи разработали новый подход к идентификации половых феромонов насекомых, который позволяет значительно быстрее создавать экологически безопасные средства для защиты растений. Ученые из Национального исследовательского института сельского хозяйства, продовольствия и окружающей среды (INRAE) предложили вместо анализа химических сигналов самок изучать с помощью искусственного интеллекта обонятельные рецепторы самцов.
Традиционно поиск феромонов был долгим и сложным процессом. Он требовал разведения насекомых в неволе, сбора летучих веществ, которые выделяют самки, и последующего тестирования десятков соединений для определения именно того, которое привлекает самцов. Работа могла затягиваться на годы, особенно при изучении редких или новых инвазивных видов, что мешало оперативно с ними бороться.
Новый метод опробовали на лилейной совке (Spodoptera picta) – бабочке, химическая коммуникация которой ранее не была изучена. Сначала ученые проанализировали геном насекомого и выделили гены, отвечающие за обонятельные рецепторы. Затем с помощью ИИ они смоделировали трехмерную структуру этих белков. На финальном этапе компьютерная программа проверила большую библиотеку химических соединений и предсказала, какое из них лучше всего свяжется с рецептором. Таким веществом оказалось соединение (Z,E)-9,11-тетрадекадиенилацетат.
Компьютерный прогноз затем тщательно проверили экспериментально. Лабораторные тесты подтвердили, что обонятельные рецепторы самцов лилейной совки действительно реагируют на предсказанную молекулу. Последующий анализ показал, что самки этого вида производят именно это вещество, а в ходе поведенческих тестов оно эффективно привлекало самцов и вызывало у них брачное поведение.
Этот подход открывает возможность оперативно разрабатывать видоспецифичные средства контроля численности вредителей. Вместо инсектицидов широкого спектра действия, которые могут вредить в том числе и полезным насекомым-опылителям, можно применять синтетические феромоны. Их используют либо для дезориентации самцов, которые в итоге не могут найти самок для спаривания, либо в качестве приманки в ловушках для мониторинга и отлова вредителей.
Такие методы особенно важны для борьбы с инвазивными видами, которые распространяются быстрее, чем ученые успевают их изучить традиционными способами. Хотя сама лилейная совка не является серьезной угрозой для сельского хозяйства Франции, в других регионах мира она наносит ущерб декоративным растениям в садах и парках, где использование пестицидов ограничено. Разработка также помогает лучше понять эволюцию насекомых, поскольку химические сигналы играют ключевую роль в разделении видов.