Знаете ли вы, что ежегодно до одной пятой мирового урожая съедается насекомыми? Среди них — картофельный колорадский жук, одна из самых больших угроз для картофельных плантаций и баклажанов. Этот злобный паразит теперь устойчив к более чем полудюжине инсектицидов, и генетические механизмы, лежащие в основе этой уникальной адаптации, дают новые знания.
Leptinotarsa decemlineata относится к семейству жуков-щелкунов и в естественных условиях питается дикорастущими ночными растениями. Это американское насекомое стало известным как паразит сельскохозяйственных культур, особенно картофеля, когда оно уничтожило урожай картофеля в Колорадо в конце 19-го века. До начала века картофельный колорадский жук расселился по новым владениям на всей территории США, а затем прибыл в Старый Свет.
Сегодня инсектициды продолжают использоваться против колорадского жука и большинства других насекомых-вредителей картофеля. Однако насекомые адаптируются соответствующим образом. Существует даже мнение, что они уже получили эту «борьбу за оборудование».
Поэтому для продолжения борьбы с картофельным колорадским жуком требуется все больше и больше инсектицидов, но эти разработки стоят дорого, а ущерб, который они наносят окружающей среде, может быть высоким. Конечно, ученые работают над методами биологической борьбы с вредителями и разработкой препаратов, направленных на «разрушение» специфических генов у определенных видов насекомых (например, с помощью РНК-интерференции). Однако до сих пор эти методы не получили широкого распространения.
Очевидно, что для разработки более эффективных контрмер необходимо понять эволюционные и геномные механизмы, которые сначала позволяют насекомым стать паразитами, а затем поддерживают развитие токсичных химических веществ. Кстати, некоторые популяции большого американского равнинного и мексиканского картофельного колорадского жука не эволюционировали из мирного листоеда в злобного кормильца и по-прежнему предпочитают естественную пищу.
Существует теория, согласно которой вредным трансформациям способствует быстрая эволюция, называемая SO, определяемая как изменение фенотипической вариации (суммы внешних и внутренних характеристик организма) в течение очень немногих поколений и в течение очень немногих поколений. независимо от исходного уровня генетического разнообразия. Быстрый отбор может включать либо новые мутации в структурных генах (кодирующих белки), которые часто происходят в больших популяциях, либо мутации в регуляторных генах, которые влекут за собой изменения в поведении всего молекулярного водопада.
Ученые из США получили последовательность колорадского жука из картофеля в 2018 году и с тех пор подробно изучают его. В настоящее время они анализируют геномы различных популяций этих насекомых, которые отличаются по своей устойчивости к различным пестицидам в разных регионах США.
Они обнаружили, что эти жуки эволюционировали очень быстро, поскольку уже имели генетический потенциал для преодоления токсического воздействия пестицидов. Таким образом, ученые не обнаружили ни признаков отбора на основе новых мутаций, ни быстрой эволюции регуляторных генов.
Напротив, исследователи увидели «повторяющуюся эволюцию», основанную на огромном генетическом разнообразии молекулярных механизмов инсектицида в разных географических областях. Жукам не нужно было каждый раз «открывать колесо» — все необходимые генетические варианты уже были где-то там.
Это плохие новости как для сельского хозяйства, так и для отдельных овощеводов. Генетическое разнообразие колорадского жука сильно затрудняет измерение и разработку методов борьбы с этим вредителем.
