CC BY
46УДК 632.937.01
СТРАТЕГИИ ПАРАЗИТИЗМА ЭНТОМОПАТОГЕННЫХ МИКРООРГАНИЗМОВ И ИХ РОЛЬ В СНИЖЕНИИ ЧИСЛЕННОСТИ ФИТОФАГОВ
Г.Р. Леднев, В.В. Долгих, В.А. Павлюшин
Всероссийский НИИ защиты растений, Санкт-Петербург
Представлен сравнительный анализ данных по факторам патогенеза различных групп энто-мопатогенных микроорганизмов в связи с их паразитическими свойствами и показаны оптимальные стратегии их использования.
Ключевые слова: энтомопатогенные микроорганизмы, вирусы, бактерии, микроспоридии, грибы, нематоды, вирулентность, токсины.
Разработка новых методов контроля численности насекомых-фитофагов сохраняет свою актуальность. В среднем уровень потерь, вызываемых вредителями сельскохозяйственных и лесных культур, составляет около 25% в производстве сельскохозяйственной продукции и около 20% при хранении запасов. Несмотря на то что химические препараты остаются основным средством контроля численности вредных членистоногих проблемы, связанные с их токсичностью для человека и теплокровных животных, накоплением в экосистемах медленно разрушающихся соединений (хлорорганика, триа-зины и др.), образованием резистентных рас вредителей и воздействием на полезные виды, обуславливают актуальность поиска экологически более безопасных методов контроля. Альтернативным, экологически более безопасным подходом к управлению численностью вредителей является использование энтомопатоген-ных микроорганизмов (Павлюшин, 1998). Для многих из них было убедительно показано, что они постоянно персистируют в
популяциях насекомых-хозяев и часто играют ключевую роль в регуляции численности последних. Другие, несмотря на высокую агрессивность, менее тесно связаны с популяциями хозяев. Исходя из этого возникли две основные стратегии использования энтомопатогенов в биологической защите растений - интродукция возбудителей в популяции членистоногих и использование биологических препаратов для краткосрочного снижения численности вредителей. Эти подходы подразумевают необходимость анализа факторов, обуславливающих патогенность той или иной группы возбудителей и оценки возможностей их использования, включая разработку препаративных форм биоинсектицидов с новыми свойствами. В данной работе мы попытаемся рассмотреть, какие факторы обуславливают патогенность различных микроорганизмов, традиционно используемых для создания биопестицидов, с тем, чтобы представить возможность использования различных групп энтомопатогенов в снижении численности фитофагов.
Облигатные паразиты Внутриклеточный паразитизм
В этом разделе рассматриваются особенности взаимоотношений между баку-ловирусами и микроспоридиями, с одной стороны, и насекомыми - с другой.
Несмотря на то что микроспоридии -одноклеточные микроорганизмы, близкие грибам, а вирусы представляют принципиально другую форму живой материи, характер их взаимоотношений с хозяином во многом сходен. По всей видимости,
именно вирусы и микроспоридии прошли совместно с насекомыми - хозяевами наиболее длительный путь совместной эволюции и взаимной адаптации. Это обусловило наличие у этих паразито-хозяинных систем целого ряда общих уникальных особенностей. В первую очередь следует отметить, что обе группы являются облигатными внутриклеточными паразитами и не способны развиваться
за пределами клетки хозяина.
У этих двух групп патогенов инфекция попадает в хозяина с кормом (перораль-ное заражение). Для пережидания во внешней (внеклеточной) среде микроспоридии формируют споры, имеющие толстую многослойную оболочку. У энтомо-патогенных вирусов, в частности, представителей семейства Baculoviridae, капсиды вируса заключаются в специальные включения, образуемые белками полиэдрином (вирусы ядерного полиэдроза) или гранули-ном (вирусы гранулеза) (Federici, 1997).
Вертикальное распространение инфекции осуществляется с помощью тран-совариальной передачи. При этом важную роль в патогенезе играет эффективность проникновения энтомопатогенных вирусов и микроспооридий в заражаемую клетку.
Микроспоридии используют для этой цели уникальный и сложно устроенный аппарат, обеспечивающий выбрасывание (экструзию) длинной полярной трубки при активации споры. Сигналом для активации спор являются условия окружающей среды (уровень кислотности, солевой состав, наличие пищеварительных ферментов), сходные с наблюдаемыми в кишечнике насекомого-хозяина, что предотвращает преждевременное выстреливание полярной трубки. До последнего времени считалось общепризнанным, что быстрое выворачивание полярной трубки обеспечивает механическое прокалывание клеточной мембраны хозяина, сопровождающееся переносом амебоидного зародыша - спороплазмы в цитоплазму зараженной клетки. Однако в последнее время появились данные о том, что для успешного заражения необходимо молекулярное взаимодействие конца выброшенной полярной трубки и поверхности клетки хозяина, что может вызвать эндоцитоз паразита. Каков бы не был детальный механизм проникновения микроспоридий в клетку хозяина, уникальность аппарата экструзии спор и их специфичная активация в кишечнике насекомого-хозяина еще раз подтверждают, что микроспоридии идеально адаптированы к внутрикле-
точному паразитизму.
Энтомопатогенные бакуловирусы также превосходно адаптированы к заражению насекомых-хозяев. Растворение белковых включений и выделение покрытых оболочкой вирусных капсидов происходит в агрессивной среде пищеварительного тракта, характеризующейся щелочным значением рН и наличием протеолитиче-ских ферментов. На следующем этапе заражения происходит процесс слияния мембранной оболочки вируса с цитоплаз-матической мембраной клетки хозяина. Ведущую роль в этом процессе играют специальные белки слияния, преобладающие в составе мембраны оболочки вируса. В состав этих белков входят домены, универсальные для различных белков, обеспечивающие слияние биологических мембран (Monsma, Blissard, 1995).
Наличие механизмов, обеспечивающих облигатным внутриклеточным паразитам специфичность и эффективность заражения даже одной клетки нового хозяина, приводит к быстрой пролиферации инфекционного начала и перезаражению других клеток.
Для успешного развития облигатных паразитов принципиально важно сохранение жизнеспособности хозяина и поддержание метаболической активности зараженных клеток для обеспечения пролиферации патогена, обладающего минимальным собственным функциональным аппаратом.
В случае вирусных инфекций глубокая метаболическая зависимость патогена от хозяина очевидна. Геном наиболее распространенных среди насекомых вирусов семейства Baculoviridae представляет собой двунитевую кольцевую ДНК размером 88-180 тыс п.н. ^га^Ы et al., 1991), что явно недостаточно для самостоятельного развития патогена.
Для микроспоридий глубокая метаболическая зависимость от хозяина предполагалась с тех пор, как были получены первые электронно-микроскопические фотографии паразитов, свидетельствующие об отсутствии у них большинства
важных органелл (Vavra, Larsson, 1999). Однако окончательно удивительная степень минимизации собственного функционального аппарата микроспоридий была доказана в ходе расшифровки геномов нескольких видов паразитов (Katinka et al., 2001; Cornman et al., 2009; Heinz et al., 2012). При этом у представителей данной группы были выявлены не только утрата большинства метаболических путей, но и приобретение ряда уникальных переносчиков, позволяющих микроспоридиям паразитировать на обменных процессах зараженной клетки. В частности, была доказана уникальная для эукариотических организмов способность микроспоридий поглощать готовую АТФ зараженной клетки для обеспечения энергией процессов своего развития (Tsaousis et al., 2008). Более того, именно среди этой уникальной группы был обнаружен единственный из изученных на Земле живых организмов вид (Enterocytozoon bieneusi), который как и вирусы не способен самостоятельно синтезировать АТФ (Keeling et al., 2010).
Необходимость продолжительного совместного сосуществования энтомопа-тогенных вирусов и микроспоридий с живыми клетками хозяина привела к сглаживанию антагонистичного характера взаимоотношений между партнерами. Внутриклеточные паразиты не только не выделяют вредные для хозяина токсины, но и эффективно манипулируют физиологическими процессами и молекулярно-генетическими программами зараженной клетки. Хорошо известно, что бакулови-русы способны эффективно подавлять процессы апоптоза в зараженной клетке с помощью собственных ингибиторов кас-паз и проапоптических белков насекомых (Clem, 2001). Взаимоотношения микроспоридий с зараженной клеткой изучены на молекулярном уровне пока недостаточно, однако в геноме этих паразитов обнаружен ряд секретируемых белков, потенциально вовлеченных в эти процессы (Долгих и др., 2010).
Исходя из вышеизложенного можно заключить, что основным фактором, обуславливающим патогенное воздействие
вирусов и микроспоридий на организм насекомого-хозяина, является нарушение функции зараженных клеток и тканей вследствие «перепрограммирования» их паразитом. Кроме того, массовое развитие паразитов в насекомом приводит к отнятию большей части субстратов энергетического и пластического обмена, нарушению целостности заполненных вирусными частицами и спорами микроспоридий клеток, что негативно сказывается на физиологическом состоянии хозяина и проявляется в нарушении поведения, процессов развития, репродукции и, в конечном итоге, в смерти насекомого.
Анализ данных по развитию естественных эпизоотий вирозов и микроспо-ридиозов в природных популяциях насекомых-фитофагов показывает, что заболевания данной этиологии носят циклический характер и играют важную роль в регуляции численности своих хозяев. В первую очередь это связано с тем, что для представителей обеих групп характерен вертикальный (чаще всего трансовари-альный) путь передачи инфекции от родителей к следующему поколению (Dunn et al., 2001; Khurad et al., 2004). Это позволяет внутриклеточным паразитам постоянно персистировать в природных популяциях фитофагов (в т.ч. после искусственной интродукции патогена) без причинения особого вреда хозяину в силу невысокой интенсивности инфекции и низкой вирулентности, приводящим часто к хроническому течению заболевания. Другими словами, длительная адаптация партнеров друг к другу при внутриклеточном паразитизме привела к выработке регуляторных механизмов, обеспечивающих длительное существование системы паразит-хозяин в равновесном состоянии. Поскольку инфекционное начало постоянно присутствует в популяциях насекомых, возрастание численности хозяина будет приводить к увеличению вероятности горизонтальной передачи инфекции между особями и, следовательно, возникновению массовых эпизоотий.
Роль микроспоридий в регуляции численности вредителей наиболее хорошо
показана для чешуекрылых насекомых -вредителей леса и сельского хозяйства. Так, была выявлена способность микроспоридий сдерживать вспышки массового размножения непарного шелкопряда, зеленой и сосновой листовертки, капустной белянки, лугового и кукурузного мотылька (Исси, 1986; McManus, Solter, 2003; van Frankenhuyzen et al., 2007; Фролов и др., 2008; Lewis, 2009). Для микроспоридиоза-капустной белянки было показано, что после достижения 50% зараженности истребительные мероприятия против данного
Вестник защиты растений, 3, 2013 вредителя нецелесообразны. Сходные результаты были получены также и на непарном шелкопряде (Исси, 1986).
Массовые эпизоотии вирусной этиологии также широко распространены в популяциях различных видов чешуекрылых и перепончатокрылых (пилильщики). Регулирующая роль бакуловирусов была продемонстрирована для рыжего соснового, черно-желтого пилильщика, непарного и сибирского шелкопряда, шелкопряда монашенки, лиственничной листовертки, хлопковой, серой зерновой совки и др. (Воробьева, 1976).
Полостной паразитизм
Другая интересная группа облигатных патогенов насекомых - энтомофторовые грибы. В отличие от двух предыдущих таксонов, это многоклеточные эукариоти-ческие организмы, клетки которых содержат полный набор органелл, характерных для грибов. Возбудители энтомо-фторозов паразитируют непосредственно на органах и тканях хозяина без внедрения в его клетки, что в определенной степени свидетельствует о более позднем происхождении данной паразито-хозяинной системы.
Как и у большинства прочих таксонов энтомопатогенных грибов, в отличие от других групп патогенов членистоногих, заражение в основном происходит активно, путем проникновения ростка конидии через кутикулу в полость тела хозяина. Перед внедрением в ткани хозяина многие виды образуют аппрессории (Мштт ^ а1., 1987).
В точке проникновения патогена вырабатываются липазы, а растворение хитина происходит локально благодаря присутствию белков, гидролиз которых наблюдается только непосредственно на участке внедрения проростка конидии. При этом гидролизу подвергаются только определенные формы белка, что вызывает разделение пластинок экзо-и эндокути-кулы и облегчает проникновение гриба путем механического воздействия.
После проникновения в полость тела формируются гифальные тела, которые разносятся токами гемолимфы (Уепб.о1,
1968; Воронина и др. 2002). При этом в первую очередь, как и у большинства микроспоридий, колонизируется жировое тело. На поздних стадиях патоген поражает все органы и ткани насекомого за исключением двигательных мышц, нервных клеток и кишечника, функции которых поддерживают существование хозяина, тем самым обеспечивая завершение грибом паразитической фазы развития (РгаБег1рЬоп, 1963; Воронина, 1968). Заражению также не подвергаются эмбрионы внутри самок. В результате развития патогена от насекомого остается лишь хитиновый покров, и оно погибает. Для некоторых представителей данной группы грибов развитие патогена не приводит к гибели хозяина. Такая картина характерна для грибов рода Strongwe11sea, поражающих имаго некоторых видов мух. В данном случае инфекция приводит к паразитической кастрации. Таким образом, как и в случае указанных выше групп, имеет место классический случай облигатного паразитизма.
Для большинства видов энтомофторо-вых грибов, паразитирующих на тлях, продолжительность периода от момента попадания конидий на кутикулу хозяина и до его гибели, в зависимости от температурных условий, составляет от 1.5 до 14.5 суток (Воронина и др., 2001), а для более крупных и долгоживущих насекомых инкубационный период энтомофтороза может достигать нескольких месяцев.
Представленные данные свидетельствуют о том, что паразитизм энтомофто-ровых грибов носит строго биотрофный характер. Исключение составляют представители рода Conidiobolus (сем. Ancylistaceae), большинство которых типичные факультативные сапротрофы (био-некротрофы). Многие виды этой группы (C coronatus, C. thromboides и др.) продуцируют эндотоксины белковой природы, которые при инъекции в гемоцель вызывали гибель гусениц ряда видов чешуекрылых (Galleria mellonella, Carpocapsa pomonella, Heliotis zea и др.) и имаго мух (Musca outumnalis) (Prasertphon, 1967, 1969; Yendol et al., 1969; Claydon, 1976; Betina, 1984). Другой представитель данного рода - C. obscurus синтезирует эндотоксины, активные при непосредственном контакте с кутикулой насекомого. Химическая их природа до конца не изучена. Г.А.Олейниковой с соавторами (1995) было показано, что один из токсинов входит в состав фосфолипидов.
Горизонтальное распространение инфекции происходит при помощи конидий, которые активно отстреливаются от конидиенос-цев на расстояния, превышающие размеры самой конидии в сотни раз. Массовому заражению здоровых особей часто способствует изменение поведенческих реакций инфицированных насекомых. Так, для многих видов характерна концентрация пораженных эн-томофторозом особей на верхних частях растений (саранчовые, тли, мухи и др.), что значительно увеличивает площадь рассеивания конидий. Физиологическая основа изменений в поведении насекомых к настоящему времени мало изучена. Есть ряд сообщений о том, что в зараженных особях хозяина перед их гибелью обнаруживается специфический белок, синтез которого коррелирует с характерными изменениями в поведении насекомых (Воронина и др., 2001).
Вертикальная передача инфекции обусловлена в данном случае наличием в жизненном цикле представителей этой группы покоящихся спор. Они образуются в конце вегетационного периода и сохраняются в поверхностном слое почвы или на растительных остатках и весной осуществляют первичное заражение насекомых-хозяев путем
отстреливания первичных «дегт»-конидий». Формирование покоящейся фазы у энтомо-фторовых грибов происходит двумя путями - половым (зигоспоры) и бесполым (азигос-поры). Наличие полового процесса способствует поддержанию генетического разнообразия в популяциях патогена. Как и споры других микроорганизмов, покоящиеся споры данной группы грибов устойчивы к неблагоприятным факторам внешней среды и способны сохранять жизнеспособность более десяти лет. При этом было показано, что для возбудителей энтомофтороза характерно порциальное прорастание спор (каждый год активизируется не более 30% пропагул патогена, а остальные находятся в состоянии глубокого эндогенного покоя). Перечисленные выше адаптации обеспечивают постоянную гарантированную циркуляцию возбудителя в популяциях насекомых-хозяев.
Таким образом, несмотря на то, что сопряженность развития энтомофторовых грибов с насекомыми менее тесная, чем у вирусов и микроспоридий (в первую очередь в связи с отсутствием трансовариальной передачи), представители данной группы патогенов постоянно присутствуют в популяциях хозяев и также как две предыдущие группы возбудителей являются одним из важнейших механизмов регуляции численности многих видов членистоногих. В данном случае также наблюдается высокая степень синхронности в динамике численности хозяина и патогена. Так, в популяциях многих видов тлей эпизоотии энтомофторозов имеют строго циклический характер и элиминируют из популяций хозяев от 25 до 90% особей (Dedryver et al., 1977; Keller., Suter, 1980; Цинцадзе и др., 1986; Воронина и др., 2001). По данным Келлера (Keller, 1994), в условиях северной Швейцарии зараженность имаго посевного щелкуна (Agriotes sputa tor) грибом Zoophthora elateridiphaga ежегодно составляет 72-100%. В результате наблюдений за динамикой численности слепня Atylotus flavusв Карелии было показано, что смертность его личинок и куколок от энто-мофтороза, вызываемого Meristacrum mylkoi, носит циклический характер. При этом в период эпизоотий уровень смертности
хозяина достигает 30-57% (Беспятова, 1995). Массовое поражение энтомофторозом, вызываемым Е т^сае и Strongwe11sea castrans, наблюдается также и в популяциях имаго капустных и других видов мух (ЕИеп-Ъегд, 1987). Неоднократно многими исследователями было показано, что эпизоотии, вызванные Е gryШ, являются одним из важнейших факторов динамики численности стадных и нестадных саранчовых (Батко, 1958; СагтиШеге et а1., 1988; СгеББтап, 1997).
Наиболее полно регулирующая роль эн-томофторовых грибов показана для различных видов тлей. В результате проведенных в России исследований энтомофтороза в популяциях гороховой тли удалось определить уровень его эффективности - это зараженность вредителя в фазу бутонизации и цветения гороха на 25-30% (Воронина, 1975). Использование данного критерия только в условиях Татарстана позволило отменить инсектицидные обработки на площади более 20 тыс. га.
Нетоксигенный характер взаимоотношений облигатных паразитов с организмом насекомого-хозяина обуславливает относительно медленную гибель целевых объектов при их использовании в качестве биопестицидов. Кроме того, невозможность наработки этих патогенов на питательных средах вне живой зараженной клетки значительно увеличивает стоимость разрабатываемых препаратов по сравнению с пестицидами на основе энтомопатогенных бактерий и грибов из анаморфных родов.
В мировой практике известны только единичные примеры разработки и успешного использования биоинсектицидов на основе микроспоридий для подавления численности сельскохозяйственных и лесных вредителей (РПагека et а1., 2006; БоЙег et а1., 2010). Так, для контроля численности нестадных саранчовых было создано два препарата на основе Paranosema 1ocustae (Ьотег et а1., 2001).
На основе бакуловирусов, в отличие от микроспоридий, существует достаточно большое количество препаративных форм для подавления численности различных видов насекомых-фитофагов (прежде всего чешуекрылых и пилильщиков). В СССР бы-
Вестник защиты растений, 3, 2013 ла разработана целая группа препаратов (вирины). К сожалению, в настоящее время ни одной препаративной формы на основе вирусов в "Списках препаратов, разрешенных к применению на территории России" нет.
В связи с развитием технологий, используемых в генной инженерии, в настоящее время появилась возможность повысить инсектицидную активность микробиологических препаратов на основе бакуловирусов за счет переноса в вирусный геном фрагментов ДНК, кодирующих белки, способные ускорить гибель насекомого. К таким белкам, например, относятся диуретический гормон насекомых (Maeda, 1989) и эстераза юве-нильного гормона (Hammock et al., 1990), нарушающие гормональный баланс хозяина, а также инсектицидные токсины членистоногих (Stewart et al., 1991). Хороший эффект дает и удаление из бакуловирусного генома гена УДФ-гликозилтранс-феразы экдисте-роидов, модифицирующего гормон линьки насекомых экдизон. Наибольший эффект наблюдается при комбинированном использовании двух подходов (Tang et al., 2011).
Многочисленные попытки создания биопрепаратов на основе энтомофторовых грибов для надежной регуляции численности тлей в подавляющем большинстве случаев заканчивались неудачей (Soper et al., 1975; Soper, 1985). Исключение составляет отечественный препарат микоафидин на основе покоящихся спор гриба С. obscurus, наработанных в глубинной культуре (Новикова, 1984; Воронина, 1985). С его помощью удалось в ряде случаев вызвать локальные эпизоотические очаги в популяциях гороховой тли на посевах гороха (Воронина и др., 1987). Однако получить массовые эпизоотии, аналогичные природным, в этом случае также не удалось (Леднев, Новикова, 2005).
Кроме того, в мировой практике существует удачный пример интродукции энто-мофторового гриба - Entomophaga maimaga (Hajek, 1997). Этот вид был завезен из Японии в северо-восточные штаты США в 19101911 гг. для подавления численности непарного шелкопряда. Однако в последующие несколько десятилетий данный патоген не был
обнаружен даже в единичных экземплярах и акклиматизацию посчитали неудачной. Тем не менее, в 1989 -1990 гг. на обширных территориях северо-востока США специалистами были зафиксированы массовые эпизоотии энтомофтороза непарного шелкопряда. Идентификация возбудителя показала, что это тот самый японский вид, завезенный почти 90 лет назад. Проведенные в дальнейшем исследования показали, что Е татада вызывает массовое поражение хозяина даже при достаточно низкой плотности его популяции и, следовательно, является важным механизмом регуляции его численности.
Подводя итог по представленным выше группам облигатных (биотрофных) паразитов, следует отметить, что для всех трех рассмотренных систем имеет место достаточно узкая специфичность, четкая сопряженность развития патогена и хозяина. Эпизоотии носят циклический характер и четко коррелированы с динамикой численности насекомых-хозяев и, следовательно, играют важную роль в регуляции последней. При
этом влияние абиотических факторов имеет вторичный характер.
Несмотря на указанные недостатки, усложняющие создание биопрепаратов на основе указанных групп патогенов, трудно переоценить их важную роль в регуляции численности насекомых-фитофагов в природных популяциях.
На основании вышеизложенного можно заключить, что большинство групп облигат-ных паразитов насекомых не являются идеальными кандидатами для создания классических биопестицидных препаратов. Наибольший интерес при разработке новых подходов для контроля численности фитофагов могут представлять дальнейшие эксперименты по интродукции энтомопатоген-ных вирусов, микроспоридий и энтомофто-ровых грибов в популяции вредителей, а также изучение многолетней динамики естественной зараженности фитофагов в агроце-нозах с целью прогноза массовых эпизоотий и разработки критериев их эффективности и, следовательно, регламентации истребительных мероприятий.
Факультативные сапротрофы
Следующей группой по степени био-трофности и сопряженности с популяциями насекомых являются анаморфные ас-комицеты из родов Веа^епа, Metarhizi-ит, апа, ЬесашсШит и др. Их проникновение в организм насекомого-хозяина может осуществляться различными способами: через кишечник (перорально); дыхальца; поровые канальцы на кутикуле; но наиболее распространенный тип, как и для возбудителей энтомофтороза, -активное внедрение через покровы тела (перкутанно). Конидии прорастают на кутикуле, и ростковая трубка внедряется в хитиновый покров насекомого и проникает в полость его тела. У многих видов, как и у энтомофторовых грибов, в этот период образуются апрессории. В месте проникновения ростковой трубки синтезируются гидролитические ферменты (протеазы, липазы и хитиназы), участвующие в деградации кожных покровов. После проникновения в полость тела в гемолимфе
появляются гифальные тела (бластоспо-ры) звездообразной формы. Токами крови они разносятся по телу и через некоторое время продуцируют бластоспоры правильной эллипсовидной формы. Прежде всего разрушаются гемоциты. В этот период гриб продуцирует токсины, приводящие хозяина к гибели.
В основном токсины этих грибов представлены низкомолекулярными циклическими пептидами (Vey et al., 1985; Vey, Riba, 1989), органическими кислотами (Claydon, 1978; Claydon Grove, 1982), высокомолекулярными белками и гликопро-теинами (Mollier et al., 1994). В качестве токсинов энтомопатогенных анаморфных аскомицетов известны варфарин, пиридо-верин, пиридомакролидин, боверицин, бо-веролид, бассиатин и бассианолид, продуцируемые грибами из родов Beauveria, Paecilomvces и Verticillium (Peczynska -Czoch et al., 1991; Takahashi et al., 1998); деструктины гриба M. anisopliae (Vey et
al., 1985; James, 2001). Высокомолекулярный токсин, имеющий гомологию с ферментом хитозаназа, был обнаружен в диа-лизованных экстрактах энтомопатогенно-го гриба B. bassiana (Fuguet, 2004). Другой белковый токсин B. bassiana, получивший название бассиакридин, показал высокую активность против личинок перелетной саранчи и наличие Р-глюкозидазной, Р-галактозидазной и N-ацетилглюкоза-минидазной активности (Quesada-Moraga, Vey, 2004). Несколько белковых токсинов с инсектицидной активностью были обнаружены и у энтомопатогенного гриба Me-tarhizium anisopliae (Quesada-Moraga et al., 2006). Именно этот вид оказался первым представителем энтомопатогенных грибов, чей геном удалось расшифровать (Gao et al., 2011). При этом у патогена был обнаружен целый ряд белок-кодирующих последовательностей, перспективных для поиска инсектицидных токсинов. В геноме M. anisopliae оказались закодированными белки, несущие консервативные домены дельта-эндотоксинов B. turingiensis (Bt), инсектицидных TcdB токсинов бактерий, инсектицидный токсин Hirsutellin A, структурный токсин RtxA, представители дзэта-семейства токсинов, способных убивать многие микроорганизмы, включая бактерии, дрожжи и раковые клетки. Кроме того, следует отметить шесть генов, кодирующих белки, гомологичные бактериальным термолабильным энтеротокси-нам, и ряд других белков для которых можно предположить аналогичную функцию. До настоящего времени все эти интересные гены остаются не изученными.
Гибель хозяина от патогенов данной группы обычно наступает, в зависимости от паразитических свойств возбудителя, морфо-физиологических особенностей насекомого и абиотических условий среды, на третьи - двадцать первые сутки после заражения. Активная колонизация органов и тканей хозяина патогеном часто начинается сразу после его гибели. У других штаммов период биотрофного развития может происходить в течение гораздо более длительного периода. С этого мо-
Вестник защиты растений, 3, 2013 мента начинается нектротрофная фаза жизненного цикла. В первую очередь гриб заселяет жировое тело, затем кишечник, мальпигиевы сосуды и другие органы. После полной колонизации трупа хозяина гифы патогена начинают расти к поверхности тела и при наличии влаги прорастают на поверхность кутикулы насекомого, образуя мицелий, на котором формируется конидиальное спороношение, осуществляющее последующее заражение насекомых-хозяев в течение периода активного развития и возобновление паразитического цикла весной. При этом в отличие от энтомофторовых грибов высвобождение конидий происходит пассивно. Иногда заражение может осуществляться и в зимний период на диапаузирующих насекомых в почве, при этом развитие микоза происходит очень медленно.
Представители данной группы грибов способны сохраняться в трупах насекомых, в почве, на растительных остатках и других субстратах, что создает им некоторые преимущества по сравнению с облигатными паразитами с точки зрения выживания.
Как уже было отмечено выше, соотношение уровней био- и нектротрофности патогенов данной группы зависит от индивидуальных особенностей внутривидовых форм (клонов, географических популяций и др.). Так, Крюковым с соавторами (2010) были выявлены значительные различия в жизненных стратегиях двух штаммов Metarhizium anisop1iae. Для одного изолята было характерно преимущественно хроническое (длительное) течение микоза с обильным спороношением на погибших насекомых, другой характеризовался высокой токсигенностью и скоростью гибели хозяина с последующей гибелью самого гриба вместе с насекомыми. Подобных примеров в литературе достаточно много (Борисов и др., 1990; Крюков и др., 2007). Явление опережающего токсикоза, когда гибель хозяина происходит гораздо раньше окончания процесса колонизации его тела, обычно наблюдается при заражении насекомых высоковирулентными штаммами или средневиру-
лентными формами при высоких дозировках. По мнению Б.А.Борисова (1990), большее конкурентное преимущество в природе имеют средневирулентные формы, вызывающие длительное течение микоза с последующим обильным спороношением на трупах хозяев.
В данном случае сопряженность развития патогена и хозяина значительно слабее в сравнении с облигатными паразитами. Если эпизоотии и встречаются, то они носят сугубо локальный характер и находятся в сильной зависимости от условий среды и, прежде всего, влажности воздуха (Борисов и др., 2001).
Способность анаморфных аскомицетов развиваться на мертвых субстратах позволяет без особых усилий изолировать их на искусственные питательные среды и достаточно хорошо на них культивировать. Это и делает представителей данной группы грибов одной из наиболее перспективных с точки зрения разработки биологических препаратов. Подобные исследования проводятся уже на протяжении более 100 лет. Начало таким работам было положено И.И.Мечниковым и И.Красильщиком в 80-х годах XIX века. В настоящее время, по данным Фариа и
Райта (Faria, Wraight, 2007), общее количество микоинсектицидных препаратов составляет во всем мире 171 наименование. При этом 33.9% всех известных препаратов созданы на основе гриба В. bassiana. Примерно столько же на основе М. anisopIiae, 5.8% - капа fumosorosea и 4.1% - В. Ь^пд^агШ Приблизительно 75% всех перечисленных препаратов в настоящее время регистрируются или уже существуют на рынке средств защиты растений. Подавляющее большинство имеющихся микоинсектицидов предназначены для контроля численности насекомых из 48 семейств, принадлежащих к отрядам Hemiptera, CoIeoptera, Lepidoptera, ^ув-anoptera и Orthoptera.
Другим направлением использования данной группы патогенов является их интродукция и акклиматизация. Классическим примером в этом отношении являются представители рода Aschersonia - специализированные паразиты цитрусовой и других видов белокрылок (Проценко, 1967). В настоящее время проводятся исследования по интродукции штаммов B. bassiana (создание долговременных инфекционных очагов) в места резервации азиатской саранчи (Леднев и др., 2012).
Факультативные паразиты
К этой группе патогенов мы относим наиболее распространенные спорообразу-ющие энтомопатогенные бактерии, а также нематодно-бактериальный комплекс.
Для большинства энтомопатогенных бактерий, в отличие от облигатных паразитов, организм насекомого не является единственно возможной и жизненно необходимой средой обитания. Даже удивительным образом приспособленные к заражению определенных групп насекомых кристаллобразующие бактерии Bacillus thuringiensis (Bt) встречаются повсеместно и легко могут быть выделены не только из насекомых, но и из почвы, из состава микрофлоры листьев (Smith, Couche, 1991) и т.д. Поскольку сохранение популяции хозяина не является обязательным условием существования энтомопатоген-
ных бактерий, стратегию их взаимоотношений с организмом насекомого можно охарактеризовать, как крайне агрессивную.
Именно Bt, грамм-положительной спо-рообразующей почвенной бактерии, принадлежит ведущая роль в качестве продуцента биоинсектицидов. Отличительной особенностью Bt является наличие в клетках параспоральных кристаллов, образуемых белковым дельта-эндотоксином, играющим ключевую роль в патогенезе насекомых. Большинство дельта-эндотоксинов кодируется генами cry и cyt, расположенными на плазмидах за пределами хромосомной ДНК бактерий. Часто на одной мегаплазмиде размером до 200 тыс. п. н. располагается несколько ток-син-кодирующих генов (Berry et al., 2002).
Выделение и секвенирование выявленных последовательностей показало их высокое генетическое разнообразие. К настоящему времени обнаружено более 100 генов, кодирующих дельта-эндотоксины Bt (Augustyniak et al., 1997).
После попадания в кишечник насекомого происходит растворение белкового кристалла и активация протоксина с помощью протеаз хозяина (Knowles, Ellar, 1988), что и приводит к быстрой гибели хозяина. При этом биотрофная фаза развития патогена практически отсутствует, и развитие бактерии происходит по некротрофному пути.
Активированная форма токсина состоит из трех доменов. Основную роль в связывании рецепторов на мембране клеток среднего кишечника насекомых играют выступающие петли домена II. Рецепторами активированного токсина являются различные мембранные белки насекомого, включая аминопептидазу N, щелочную фосфатазу и т.д. (Бурцева и др., 2001). Внедрение токсина в мембрану клетки насекомого определяется структурой домена I. Он представляет собой пучок из центральной гидрофобной и шести амфи-мпатических а-спиралей, контактирующих с гидрофобными поверхностями. Внедрение спиралей домена в мембрану наподобие шпильки инициирует образование пор и ионных каналов (Gazit et al., 1998), что приводит к лизису клеток, нарушению целостности кишечного эпителия и, в конечном итоге, к летальному исходу. C-концевой домен III токсина также принимает участие в формировании мембранного канала.
Структурно-фунциональные особенности бактериального дельта-эндотоксина во многом связаны с пероральным характером проникновения патогена в организм насекомого. Активация токсина в кишечнике насекомого приводит не только к нарушению работы пищеварительной системы, но и открывает ворота для инфицирования всего организма насекомого. После разрушения кишечного эпителия бактериальные клетки попадают в бога-
тую питательными веществами гемолимфу насекомого, где и размножаются (Hofmann et al., 1988). Поскольку степень воздействия патогена будет в значительной степени зависеть от количества токсина, попавшего в кишечник насекомого, эффективность применения биопестицидов на основе дельта-эндотоксинпроду-цирующих штаммов Bt будет зависеть от нормы внесения препарата. Наибольший эффект от использования дельта-эндотоксинов был достигнут при создании трансгенных растений, содержащих cry-гены.
Использование трансгенных растений имеет ряд неоспоримых преимуществ по сравнению с биопестицидными препаратами, поскольку непрерывная экспрессия встроенного гена в каждом растении обеспечивает попадание значительных количеств токсина в кишечник всех питающихся фитофагов, включая сосущие и скрытно живущие виды. Первые сорта ген-модифицированных культур поступили в сельское хозяйство США в 1996 году.
Наряду с дельта-эндотоксинами Bt вырабатывают и ряд других токсинов (альфа-, бета- и гамма-экзотоксины), ферментов и метаболитов, играющих не столь значительную роль в патогенезе насекомых и не столь хорошо изученных. Исключение составляет низкомолекулярный водорастворимый экзотоксин, выделяемый бактериальной клеткой во внешнюю среду. Соединение представляет собой аналог адениновых нуклеотидов и ин-гибирует синтез нуклеиновых кислот в клетках хозяина. Поскольку данный токсин может проникать в организм насекомого не только при скармливании, но и через покровы, на основе штаммов, интенсивно продуцирующих экзотоксин, были созданы препараты (битоксибациллин и ту-рингин) с более расширенным кругом действия (Бурцева и др., 2001).
Способность энтомопатогенных бактерий продуцировать токсины не ограничивается представителями рода Bacillus. В 1979 году были опубликованы первые данные о высокой инсектицидной активности бактерий, выделенных из энтомопа-
тогенных нематод семейств Steiner-nematidae и Heterorhabditidae (Milstead, 1979). Представителями этой группы являются виды Photorhabdus luminescens и Xenorhabdus nematophila. Как выяснилось впоследствии, среди всех изученных энтомопатогенов эти бактерии продуцируют наиболее разнообразный круг токсинов, различающихся по механизмам действия, размеру, структуре и т.д. В отличие от других бактерий, симбионты нематод секретируют в окружающую среду не только низкомолекулярные антибиотики, но и поражающий воображение широкий круг белковых токсинов. К первой группе бактериальных токсинов относятся сложные высокомолекулярные Tc-белки, действующие при попадании в кишечник и рассматриваемые в качестве кандидатов для создания трансгенных устойчивых растений (Bowen et al., 1998). Вторая группа представлена Msf-токсинами (makes caterpillar floppy), демонстрирующими сходство с BH3 доменом проапоптических белков и вызывающими апоптоз клеток насекомых и млекопитающих (Daborn et al., 2002). Апоптоз гемоцитов насекомых запускает и токсин XaxAB (Vigneux et al., 2007). Другие токсины этих удивительных бактерий представлены бинарным токсином PirAB (Wa-terfield et al., 2005), Xin-токсином из штамма BJ X. nematophila (Pan et al., 2002), A24tox белком того же вида (Brown et al., 2004) и т.д. Несмотря на большое разнообразие выделенных белков исследователи сходятся во мнении, что новые классы бактериальных токсинов все еще
не открыты.
Разнообразие токсинов, продуцируемых бактериальными симбионтами, может быть связано с особенностями биологии энтомопатогенных нематод. Активный поиск хозяина и внедрение личинок в ге-моцель насекомого обуславливает необходимость быстрого подавления его защитных реакций. Поскольку проникновение нематод внутрь насекомого часто приводит к инкапсуляции проникших нематод (Спиридонов, 2001), быстро выпущенные в гемоцель хозяина бактерии должны, в первую очередь, эффективно подавить защитные системы хозяина. Это, вероятно, и достигается секрецией целого комплекса токсинов, воздействующих на защитные клетки (гемоциты) насекомого. В данном случае энтомопатогенные нематоды, являясь типичными некротрофными паразитами, выступают по сути дела в качестве средства доставки (инъектора) для бактерий.
На основе нематодно-бактериального комплекса в мире разработано достаточно много биологических препаратов широкого спектра действия для снижения численности почвообитающих насекомых-вредителей. В частности, к ним относятся отечественные препараты немабакт и энтонем-Е (Данилов и др., 2010).
Таким образом, для подавляющего большинства энтомопатогенных бактерий и нематод характерен типично некро-трофный тип паразитизма и сопряженность развития паразита и хозяина в данном случае минимальна.
Эволюция взаимоотношений
Исходными с точки зрения эволюции взаимоотношений следует признать факультативных паразитов, ведущих свое начало от сапротрофных микроорганизмов и способных развиваться вне организма насекомого, преимущественно в почве. Поскольку почвенные сапротрофы часто используют мертвых насекомых в качестве питательного субстрата, вполне объяснимо наличие у них ферментов, де-
градирующих покровы насекомых (кутикулу). Таким образом, при контакте с живыми насекомым и факультативные паразиты заранее приобрели способность к проникновению через покровы насекомого и далее смогли использовать преимущества биотрофного питания, развиваясь на живом организме хозяина. Как показал анализ различных паразито-хозяинных систем, дальнейшая эволюция взаимоотношений пато-
гена и макроорганизма преимущественно шла по пути усиления степени биотрофно-сти, метаболической зависимости от хозяина и удлинения срока с момента заражения насекомого до его неизбежной гибели.
Особенности паразитирования микроорганизмов в полости тела или кишечнике живого насекомого включают два аспекта. С одной стороны, это позволяет паразитам использовать готовые субстраты пластического и энергетического обмена, циркулирующие и постоянно поступающие в гемолимфу из кишечника хозяина. Усиление метаболической зависимости паразита от хозяина, в свою очередь, обуслав-
Таблица. Паразитические особенности и практическая значимость
ливает временное выключение ряда собственных метаболических процессов и их программируемую активацию при возвращении к сапротрофному питанию. Дальнейшее усиление метаболической зависимости может привести к утрате отдельных генов и целых метаболических путей при переходе патогена к облигат-ному паразитизму. Крайняя степень "ин-тимизации" отношений между партнерами наблюдается при внутриклеточном паразитизме, когда микроорганизм, подобно вирусу, паразитирует непосредственно на метаболических путях зараженной клетки (табл.).
Заболевания Группа Характер паразитизма Пути заражения и распространения Факторы патоген-ности Уровень проявления в природе Способ использования
Виро-зы Баси1о^игиз Облигатный (биотрофный), внутриклеточный Горизонтальная -перорально, вертикальная -трансовариально Внутриклеточный паразитизм, генерализованная инфекция Массовые эпизоотии до 100% Прогноз, биопрепараты
Бак-терио-зы БасШасеае (БасШш ^и-ringiensis) Факультативный (некротрофный), полостной Горизонтальная -перорально, вертикальная -почва Токсины Спорадический Биопрепараты
Мик-роспо-ридио-зы МкгозропСа Облигатный (биотрофный), внутриклеточный Горизонтальная -перорально, вертикальная -трансовариально Внутриклеточный паразитизм, генерализованная инфекция Массовые эпизоотии до 100% Прогноз, интродукция, биопрепараты
Мико- Е^о-торМ^га1е8 Облигатный (биотрофный), полостной Горизонтальная -перкутанно, вертикальная -почва Ферментативная активность, генерализованная инфекция Массовые эпизоотии до 100% Прогноз, интродукция
зы Анаморф-ные аско-мицеты Ыуросгеа1е8 Факультативный сапрофитизм (био-некротрофный), полостной Горизонтальная -перкутанно, вертикальная -почва Ферментативная активность, токсины Локальные эпизоотии до 40-80% Прогноз, интродукция, биопрепараты
Гель-мин-тозы* Steine-таУСае + Хе^Аа ЬсСих Р^оАа ЬсСи Факультативный (некротрофный), полостной Горизонтальная -перорально, вертикальная -почва Инвазионная активность, токсины Спорадический Интродукция, биопрепараты
*Нематодно-бактериальный комплекс.
С другой стороны, развиваясь в организме насекомого, паразит подвергается действию защитных систем хозяина, что обуславливает необходимость выработки специальных механизмов противодействия. Способы противодействия паразита защитным системам хозяина могут быть связаны с приобретением способности секретировать биологически активные
вещества, воздействующие на клетки и ферменты защитной системы, а также с устранением подобных контактов при переходе к внутриклеточному паразитизму. По первому пути шла эволюция энтомофторо-вых грибов, а пример перехода к облигатно-му внутриклеточному паразитизму характерен для микроспоридий.
Наряду с рассмотренным выше
направлением эволюции паразито-хозяинных систем в сторону усиления их биотрофности в природе существует несколько примеров превращения сапро-трофных организмов в патогены - некро-трофы, способные при попадании в организм насекомого вызвать его быструю гибель с помощью эффективных токсинов и использовать жертву в качестве питательного субстрата. К таким микроорганизмам можно отнести грамположитель-ные спорообразующие бактерии В^ а также энтомопатогенных представителей семейства Enterobacteriaceae и, в частно-
сти, симбиотических бактерий энтомопа-тогенных нематод. Главной отличительной физиологической особенностью паразитов этих групп является их токсиген-ность - способность продуцировать высокоэффективные токсины, быстро вызывающие гибель насекомого-хозяина.
В конечном итоге представленные особенности патогенезов, вызываемых паразитами из различных систематических групп, определяют в значительной степени роль последних в биоценозах и возможности их использования для снижения численности вредных насекомых.
Работа выполнена при поддержке РФФИ (№12-04-01517-а)
Литература
Батко А.В. Случаи массовой гибели итальянского пруса от грибной болезни в степях Ставропольского края в 1955 г. // Сборник научных студенческих работ МГУ, 1957, с. 5-10.
Беспятова Л.А Возбудители микозов слепней таежной зоны Карелии. Автореф. канд. дисс., 1995, 21 с.
Борисов Б.А. Проблемы создания и использования микоинсектицидных препаратов // Докл. научного симпозиума СЭВ «Изучение энтомопатогенных микроорганизмов и разработка технологий производства и применения». Румыния, Бухарест: НИИЗР, 1990, с. 8-22.
Борисов Б.А., Серебров В.В., Новикова И.И., Бой-кова И.В. Энтомопатогенные аскомицеты и дейтеро-мицеты // Патогены насекомых: структурные и функциональные аспекты. М., Круглый год, 2001, с. 352-427.
Бурцева Л.И., Штерншис М.В., Калмыкова Г.В. Бактериальные болезни насекомых // Патогены насекомых: структурные и функциональные аспекты. М., Круглый год, 2001, с.189-245.
Воробьева Н.Н. Энтомопатогенные вирусы. Новосибирск, Наука, 1976, 284 с.
Воронина Э.Г. Патогенез энтомофторозов гороховой тли / / Микология и фитопатология, 1968, 2, с. 250-251.
Воронина Э.Г. Методические указания по учету численности, диагностике энтомофтороза и прогнозированию размножения гороховой тли. Л., 1975. 32 с.
Воронина Э.Г. Перспективы создания нового препарата микоафидина на основе гриба Entomophthora Шах-teriana Peth // Производство и применение грибных энтомопатогенных препаратов. М., 1985, с. 61-66.
Воронина Э.Г., Леднев Г.Р., Мукамолова Т.Ю. Эн-томофторовые грибы - естественные регуляторы численности насекомых // Патогены насекомых: структурные и функциональные аспекты 2001, с. 271-351.
Данилов Л. Г., Айрапетян В. Г., Нащекина Т. Ю. Биологические препараты на основе энтомопатогенных нематод // Защита и карантин растений, 2010, 2, с.32-33.
Долгих В.В., Павлова О.А., Сендерский И.В., Пэн Г. Секреторные белки микроспоридии Paranosema
locustae и их участие в патогенном воздействии на организм перелетной саранчи Locusta migratoria // Вестник защиты растений, 2010, 1, с. 48-51.
Крюков В.Ю., Серебров В.В, Малярчук А.А., Копжасаров Б.К., Мухамедиев Н.С., Орынбаева А.К., Ходырев В.П. Перспективы использования энтомопатогенных гифомицетов (Deuteromycota, Hyphomycetes) против колорадского жука в условиях Юго-Восточного Казахстана // Сибирский вестник сельскохозяйственной науки. 2007, 4, с 52-60.
Леднев Г.Р. Экологические основы мониторинга энтомофтороза гороховой тли. Автореф. канд. дисс., 1997, 21 с.
Леднев Г.Р., Левченко М.В., Крюков В.Ю., Мить-ковец П.В., Ярославцева О.Н., Успанов А.М., Павлю-шин В.А. Состояние и перспективы использования микоинсектицидов для снижения численности саранчовых // Защита и карантин растений, 2012, 6, с. 18-21.
Леднев Г.Р., Новикова И.И. Энтомофторовые грибы - перспективы и проблемы использования в биологической защите растений // Биологические средства защиты растений, технологии их изготовления и применения, СПб, 2005, с. 261-272.
Новикова И.И. Биологические особенности Ento-mophthora thaxteriana как основа биопрепаратов для борьбы с тлями // Автореф. канд. дисс., 1984, 18 с.
Олейникова Г.А., Новикова И.И., Воронина Э.Г., Гинак А.И. Выделение и изучение структуры токсических метаболитов гриба Entomophthora thaxteri-ana // Современная биотехнология в решении проблем защиты растений, 1995, СПб, с. 175-186.
Павлюшин В.А. Научные основы использования энтомопатогенов и микробов-антагонистов в фитоса-нитарной оптимизации тепличных агробиоценозов. Автореф. докт. дисс., 1998, 66 с.
Проценко Е.П. Грибы рода Aschersonia // Сборник по карантину растений, М., Колос, 1967, 19, с. 131-215.
Цинцадзе К.В., Мжаванадзе Ж.И., Зильберминц И.В. Энтомопатогенные грибы, паразитирующие на вредных членистоногих в субтропиках Грузии, и перспективы их использования // Биологическая защи-
та плодовых культур в Грузии. Тбилиси, 1986, с. 114-127.
Augustyniak J., Dabert M., Wypijewski K. Transgenes in plants: protection against viruses and insects // Acta Physiologiae Plantarum, 1997, 19, 4, p. 561-569.
Berry C., O'Neil S., Ben-Dov E. et al. Complete sequence and organization of pBtoxis, the toxin-coding plasmid of Bacillus thuringiensis subsp. israelensis // Appl. Environ. Microbiol., 2002, 68(10), р. 5082-95.
Bowen D., Rocheleau T.A., Blackburn M., Andreev O., Golubeva E., Bhartia R., Ffrench-Constant R.H. Insecticidal toxins from the bacterium Photorhabdus luminescens // Science, 1998, 280, р. 2129-2132.
Brown S.E., Cao A.T., Hines E.R., Akhurst R.J., East P.D. A novel secreted protein toxin from the insect pathogenic bacterium Xenorhabdus nematophila // J. Biol. Chem., 2004, 279, р. 14595-14601.
Carruthers R.I., Larkin I.S., Soper R.S. Simulation of insect disease dynamics: an application of SERB to a rangeland ecosystem / / Simulat., 1988, 51, 3, р. 101-109.
Claydon N. Insecticidal secondary metabolites from Entomogenous fungi : Entomophthora virulenta // J. Invert. Pathol., 1976, 32 (3), p. 319-424.
Claydon N. Insecticidial secondary metabolites from the entomopathogenic fungus Entomophthora virulenta // Invert. Pathol., 1978, 32 (3), р. 319.
Claydon N., Grove P.D. Insecticidal secondary metabolic products from the entomopatogenous fungus Verticillium lecanii // Invert. Pathol., 1982, 40 (3), р. 413-418.
Clem R.J. Baculoviruses and apoptosis: the good, the bad, and the ugly // Cell Death Differ 2001, 8, р. 137-143.
Cornman R.S., Chen Y.P., Schatz M.C., Street C., Zhao Y., Desany B. et al. Genomic analyses of the microsporidian Nosema ceranae, an emergent pathogen of honey bees // PLoS Pathog., 2009, 5, e1000466.
Cressman K. SWARMS: a geographic information system for desert locust forecasting // See Ref., 1997, 94, p. 27-36.
Daborn P.J., Waterfield N., Silva C.P., Au C.P.Y., Sharma S., Ffrench-Constant R.H. A single Photorhabdus gene, makes caterpillars floppy (mcf), allows Escherichia coli to persist within and kill insects // Proc.Natl. Acad. Sci. USA, 2002, 99, р. 10742-10747.
Dedryver C.A.. Vible J.C., Anglade P. Evolutions des populations de Rhopalosiphum padi L. et de Macrosiphum (Sitobion) avenae F. (Homoptera, Aphididae) en 1975 sur Ble dur en Gironda. Action regulatrice des Entomophthora. Influence sur le rendement // Rev. de Zoologie agricole et de patthologie vegetable, 1977, 76 (2), р. 50-62.
Dunn A.M., Terry R.S., Smith J.E. Transovarial transmission in the microsporidia // Adv. Parasitol., 2001, 48, р. 57-100.
Eilenberg J. Abnormal egg laying behavior of female carrot flies (Psila roase) induced by fungus Entomophthora muscae / / Entomol Exp. Appl., 1987, 43, р. 61-65.
Faria M., Wraight S.P. Mycoinsecticides and Mycoacaricides: A comprehensive list with worldwide coverage and international classification of formulation types // Biological Control, 2007, р. 237-256.
Federici B.A. Baculovirus pathogenesis // The Baculoviruses. Plenum Press, New York, 1997, p. 33-59.
Francki R.I.B., Fauquet C.M., Knudson D.L., Brown
F. Classification and Nomenclature of Viruses: Fifth Report of the International Committee on Taxonomy of Viruses // Arch., 1991, 2, p. 1-445.
Fuguet R., Theraud M., Vey A. Production in vitro of toxic macromolecules by strains of Beauveria bassiana, and purification of a chitosanase-like protein secreted by a melanizing isolate // Comp. Biochem. Physiol. C. Toxicol Pharmacol., 2004, 138, p. 149-161.
Gao Q., Jin K., Ying S.H. et al. Genome sequencing and comparative transcriptomics of the model entomopathogenic fungi Metarhizium anisopliae and M. acridum // PLoS Genet., 2011, 7(1): e1001264.
Gazit E., La Rocca P., Samson M.S., Shai Y. The structure and organization within the membrane of the helices composing the pore-forming domain of Bacillus thuringiensis S-endotoxin are consistent with an "umbrella-like" structure of the pore / / Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 1998, 95, p. 12289-12294.
Glazer I. Survival mechanisms of entomopathogenic nematode // Biocontr. Sci. and Technol., 1996, 6 (3), p. 373-378.
Hajek A.E. Fungal and viral epizootics in gypsy moth (Lepidoptera: Lymantriidae) populations in central New York // Biol. Contr., 1997, 10, p. 58-68.
Hammock B.D., Bonning B.C., Possee R.D., Hanzlik T.N., Maeda S. Expression and effects of the juvenile hormone esterase in a baculovirus vector / / Nature, 1990, 344, p. 458-461.
Heinz E., Williams T.A., Nakjang S. et al. The genome of the obligate intracellular parasite Trachipleistophora hominis: new insights into microsporidian genome dynamics and reductive evolution // PLoS Pathog., 2012, 8(10), e1002979.
Hofmann C., Lüthy P., Hütter R., Pliska V. Binding of the delta-endotoxin from Bacillus thuringiensis to brush-border membrane membrane vesicles of the cabbage butterfly (Pieris brassicae) / / Eur. J. Biochem., 1988, 173, p. 85-91.
Katinka M.D., Duprat S., Cornillot E. et al. Genome sequence and gene compaction of the eukaryote parasite Encephalitozoon cuniculi / / Nature, 2001, 414, p. 450-453.
Keeling P.J., Corradi N., Morrison H. et al. The reduced genome of the parasitic microsporidian Enterocytozoon bieneusi lacks genes for core carbon metabolism // Genome Biol. Evol., 2010, 2, p. 304-309.
Keller S. The Fungus Zoophthora elateridiphaga as an Important Mortality Factor of the Click Beetle Agriotes sputator // J. Invert. Pathol, 1994, 63 (1), p. 90-91.
Keller S., Suter H. Epizootiologische Untersuchungen über das Entomophthora Auftreten bei feldbaulich wichtigen Blattlauserten // Acta ecol. (ecol. appl.), 1980, 1 (1), p. 63-83.
Khurad A.M., Mahulikar A., Rathod M.K. et al. Vertical transmission of nucleopolyhedrovirus in the silkworm, Bombyx mori L. // J. Invertebr Pathol., 2004, 87(1), p. 8-15.
Knowles B.H., Ellar D.J. Differential specificity of two insecticidal toxins from Bacillus thuringiensis var. aizawai // Mol Microbiol., 1988, Jan., 2(1), p. 153-157.
Lomer C.J., Bateman R.P., Johnson D.L., Langewald J., Thomas M.B. Biological control of locusts and grasshoppers // Ann. Review Entomol., 2001, 46, p. 667-702.
Maeda S. Increased insecticidal effect by a recombinant baculovirus carrying a synthetic diuretic hormone gene // Biochem. Biophys. Res. Commun., 1989, Dec 29, 165(3), p. 1177-1783. '
Milstead J.E. Heterorhabditis bacteriophora as a vector for introducing its associated bacterium into the hemocoel of Galleria mellonella larvae // J. Invertebr. Pathol., 1979, 33, p. 324-327.
Mollier P., Lagnel J., Fournet B., Aioun A., Riba G. Glycoprotein highly toxic for Galleria mellonella larvae secreted by the entomopathogenic fungus Beauveria sulfurescens // J. Invertebr. Pathol., 1994, 64, p. 200-207.
Mollier P., Lagnel J., Quiot J.M., Aioun A., Riba G. A Cytotoxic activity in culture filtrates from the entomopathogenic fungus Beauveria sulfurescens // J. Invertebr. Pathol., 1994b, 64, p. 208-213.
Murrin F., Nolan R.A. Ultrastructure of the infection of spruce budworm larvae by the fungus Entomophaga aulicae // Can. J. Bot, 1987, 65, p. 1694-1706.
Pan Y.H., Jian H., Zhang J. An intracellular toxic protein (Xin) isolated from Xenorhabdus nematophilus strain BJ // Prog. Nat. Sci., 2002, 12, p. 310-312.
Peczynska-Czoch W., Urbanczyk M.J., Balazy S. Formation of beauvericin by selected strains of Beauveria bassiana // Archivum immunologiae et therapiae experimentalis., 1991, 39 (1-2), p. 175-179.
Pilarska D., Solter L., Kereselidze M., Linde A., Hoch G. Microsporidian infections in Lymantria dispar larvae: Interactions and effects of multiple species infections on pathogen horizontal transmission // J. of Invert. Pathol., 2006, 53, p. 105-113.
Prasertphon S., Tanada V. Mycotoxins of Entomophthoraseaus // Fungi Hilgardia, 1969, 39 (21), p.581-600.
Prasertphon S. Mycotoxin production by species of Entomophthora // J. of Invert. Pathol., 1967, 9 (2), p.281-282.
Quesada-Moraga E., Carrasco-Diaz J.A., Santiago-Alvarez C. Insecticidal and antifeedant activities of proteins secreted by entomopathogenic fungi against Spodoptera littoralis (Lep., Noctuidae) // J. Appl. Entomology, 2006, 130, p. 442-452.
Quesada-Moraga E., Vey A. Bassiacridin, a protein toxic for locusts secreted by the entomopathogenic fungus Beauveria bassiana // Mycol Res., 2004, 108, p. 441-452.
Smith R., Couche G. The phylloplane as a source of Bacillus thuringiensis variants / / Applied and Environmental Microbiology, 1991, p. 57, p. 311-315.
Solter L.F., Pilarska D.K., McManus M.L. et al. Host specificity of microsporidia pathogenic to the gypsy
moth, Lymantria dispar (L.): Field studies in Slovakia // J. Invertebr. Pathol., 2010, 105, р. 1-10.
Soper R.S. Erynia radicans as a mycoinsecticide for spruce budworm control // Proceedings of the Symposium on Microbial Control of Spruce Budworms and Gypsy Moths. Forest Service, NE Forestry Experiment Station Report GTR-NE-100. U.S. 1985.
Soper R.S., Holbrook F.R., Majchrowicz I., Gordon C.C. Production of Entomophthora resting spores for biological control of aphids / / Univ. Maine Orono Life Sci. Agric. Exp. Stn. Tech. Bull., 1975, 76, р. 1-15.
Stewart L.M, Hirst M., Lopez Ferber M. et al. Merryweather AT, Cayley P.J, Possee R.D. Construction of an improved baculovirus insecticide containing an insect-specific toxin gene. Nature, 1991, Jul 4; 352(6330), р.85-8.
Tang X.X., Sun X.L., Pu G.Q., Wang W.B., Zhang C.X., Zhu J. Expression of a neurotoxin gene improves the insecticidal activity of Spodoptera litura nucleopolyhedrovirus (SpltNPV) // Virus Res., 2011, 159(1), р. 51-56.
Tsaousis A.D., Kunji E.R.S., Goldberg A.V., Lucocq J.M., Hirt R.P., Embley T.M. A novel route for ATP acquisition by the remnant mitochondria of Encephalitozoon cuniculi // Nature, 2008, 453, р. 553-556.
Vavra J., Larsson J.I.R. Structure of the microsporidia // Microsporidia and Microsporidiosis (ed. M.Wittner and L.M.Weiss), 1999, p. 7-84.
Vey A., Quiot J.M., Vago C., Fargues J. Effect immunodepresseur de toxines fongiques: Inhibition de la reaction d'encapsulement multicellulaire par les destruxines // C. R. Acad. Sci., 1985, 300 (3), р. 647.
Vey A., Riba G. Toxines insecticides issues de champignons entomopathogenes. Etat actuel des conaissances dutilsation de leurs activites // C. R. Acad. Agr., 1989, 75 (6), р. 143-149.
Vigneux F., Zumbihl R., Jubelin G. et al. The xaxAB genes encoding a new apoptotic toxin from the insect pathogen Xenorhabdus nematophila are present in plant and human pathogens // J. Biol Chem., 2007, 282(13), р. 9571-9580.
Waterfield N., Kamita Sh.G., Hammock B.D., Ffrench-Constant R. The Photorhabdus Pir toxins are similar to a developmentally regulated insect protein but show no juvenile hormone esterase activity // FEMS Microbiol. Lett., 2005, 245, р.47-52.
Yendol W.J., Miller E.M., Behnke C.N. Toxic substances from Entomophthoraseaus // J. of Invert. Pathol., 1968, 10 (2), p. 313-319.
STRATEGIES OF PARASITISM OF ENTOMOPATHOGENIC MICROORGANISMS AND THEIR ROLE IN BIOCONTROL G.R.Lednev, V.V.Dolgikh, V.A.Pavlyushin A comparative analysis of the pathogenesis factors for different groups of entomopathogenic microorganisms is presented. Optimal strategies of use of different groups of entomopathogens are suggested in relation to their parasitic properties.
Keywords: entomopathogenic microorganism, virus, bacteria, microsporidia, fungus, nematode, virulence, toxin.
Г.Р.Леднев, к.б.н., georgijled@mail.ru
В.В.Долгих, к.б.н., dol1slav@yahoo.com В.А.Павлюшин, академик, vizrspb@mail333.com
