Гриб, живущий в симбиозе с лаковым червецом, вырабатывает пигмент красного цвета, который используется для окрашивания тканей и изделий ручной работы. Источник изображения:©iStock, AAGGraphics

Тысячи лет ремесленники окрашивали ткани, украшения и изделия ручной работы насыщенным, ярким красным пигментом, который они получали из лаковых червецов. Самый распространённый вид лаковых червецов, Kerria lacca, имеет ярко-малиновый цвет благодаря природным пигментам, называемым лаковыми кислотами.

Когда Шантану Шукла, энтомолог из Индийского научного института, решил лучше изучить этих коммерчески и культурно значимых насекомых, он столкнулся с трудностями. «Я понял, что нам многого не известно о фундаментальной биологии», — сказал он. Более того, несмотря на обширные исследования, учёные до сих пор не до конца понимают биосинтетическое происхождение пигмента лак.^1,2

Теперь Шукла и его команда обнаружили, что K. lacca являются носителями дрожжеподобного симбионта, который вырабатывает яркий пигмент лак и обеспечивает насекомых необходимыми питательными веществами, которых не хватает в растительной пище.³ Их открытие, опубликованное в Proceedings of the National Academy of Sciences, подчёркивает роль грибковых симбионтов в обеспечении насекомых питанием и другими метаболитами.

Кучка красноватых насекомых, покрытых белым веществом, прикреплена к ветке зелёного растения. Лак-насекомые, окружённые своей смолой, растут на более чем 400 растениях-хозяевах.

«Это удивительно простое... но в то же время очень значимое [исследование]», — сказала Эллисон Хансен, энтомолог и биолог-эволюционист из Калифорнийского университета в Риверсайде, которая не принимала участия в исследовании. «Здорово, что теперь мы понимаем происхождение этого красителя и то, что он не относится ни к насекомым, ни к растениям».

Чтобы охарактеризовать лаковое червецовое насекомое, Шукла и его команда секвенировали его геном, а также геномы известных симбионтов: бактерий, принадлежащих к роду Wolbachia, и неопознанного дрожжеподобного гриба.² Они обнаружили, что ни у лакового червецового насекомого, ни у Wolbachia нет генов, необходимых для производства молекул, из которых состоят лаковые кислоты. Однако гены дрожжеподобного симбионта кодируют различные ферменты, которые производят эти молекулы, что указывает на грибок как на единственный вероятный источник пигмента. «[Исследование] приняло очень неожиданный, удивительный и интересный оборот», — сказал Шукла.

Исследователи подтвердили, что пигмент вырабатывается дрожжеподобным симбионтом, обработав лаковых червецов фунгицидами. Ослабление грибкового симбионта привело к снижению экспрессии генов, необходимых для синтеза пигмента. Масс-спектрометрия показала, что концентрация лаккаевых кислот у обработанных фунгицидами червецов была ниже, и они выглядели бледнее по сравнению с необработанными червецами. Однако обработка фунгицидами не привела к полному уничтожению дрожжей. «Таким образом, червецы не стали полностью бесцветными», — сказал Шукла.

То, что пигмент образовался в микробиоме насекомого, не слишком удивило Хансен, которая добавила: «Было интересно узнать, что это происходит благодаря дрожжеподобному симбионту». Она отметила, что исторически энтомологи приписывали насекомым некоторые особенности, но развитие геномных технологий помогло установить, что некоторые из них связаны с симбионтами насекомых.

Насекомые, обработанные фунгицидами, не только выглядели бледными, но и были меньше по размеру. Это позволяет предположить, что дрожжеподобный симбионт играет определённую роль в питании насекомых. Более тщательное изучение генома симбионта показало, что он содержит гены, кодирующие несколько необходимых питательных веществ, которых не хватало в рационе насекомых.

Чтобы лучше изучить дрожжеподобный симбионт, Шукла и его команда провели ПЦР с использованием праймеров, специфичных для грибов, и обнаружили его присутствие на всех стадиях жизненного цикла лакового червеца. Визуализация с помощью флуоресцентных зондов показала, что симбионт остаётся в полостях тела незрелых насекомых, но прикрепляется к ооцитам и проникает в них по мере их развития. Оттуда он попадает в эмбрион, демонстрируя механизм вертикальной передачи от родителя к потомству.

Хотя исследование позволило получить геномное описание пигмента, Хансен отметила, что учёные до сих пор не до конца понимают его биологическую роль. «Это интересный вопрос для дальнейшего изучения», — сказала она.

В то же время Шукла надеется выяснить, как возник этот симбиоз. «Какие сигналы эволюционировали у насекомых и микробов, чтобы они понимали, что это дружественный, а не опасный гриб?» — сказал он. Это лишь один из вопросов, которые он надеется решить в будущем.

Ссылки:

1. Расмуссен С.А. и др. О биосинтетическом происхождении карминовой кислоты. Биохимия и молекулярная биология насекомых. 2018;96:51-61.
2. Вашишта А. и др. Сосуществование, филогения и предполагаемая роль Wolbachia и дрожжеподобного симбионта (YLS) в Kerria lacca (Kerr). Curr Microbiol. 2011;63(2):206-212.
3. Вайшалли и др. Эндосимбиотическое происхождение малинового пигмента у лакового червеца. Труды Национальной академии наук США. 2025;122(25):e2501623122.