Европейский непарный шелкопряд (EGM), пожалуй, самое известное инвазивное насекомое в стране - неместный вид, случайно завезенный в Северную Америку в 1860-х годах, когда несколько особей сбежали из эксперимента по разведению в пригороде Бостона. С тех пор гусеницы медленно проедают свой путь через континент, вызывая повсеместную дефолиацию.
В исследованиях, которые могут привести к созданию лучших биоинсектицидов для защиты лесов и садов, д-р. Дон Гаммон и Ник Гришин из UT Southwestern секвенировали геномы EGM и его еще более разрушительного родственника, азиатского непарного шелкопряда (AGM). Их работа, опубликованная в Proceedings of the National Academy of Sciences, показывает, что непарный шелкопряд имеет самый большой геном мотылька или бабочки (количество пар оснований ДНК), когда-либо секвенированный.
Европейский непарный шелкопряд распространился на запад до Миннесоты и на юг до Северной Каролины. Довольно медленное распространение - около 13 миль в год - отчасти связано с тем, что самки EGM не умеют летать и должны ходить или развеяться ветром, чтобы рассеяться», - сказал доктор Гаммон, доцент кафедры микробиологии и профессор В. В. Карут-младший, научный сотрудник в области биомедицинских исследований. «Напротив, самки азиатского подвида непарного шелкопряда, обитающего в Азии и на востоке России, имеют более крупные и развитые крылья и могут летать».
Если азиатский непарный шелкопряд приживется в Соединенных Штатах, он будет представлять еще большую экономическую угрозу из-за своей способности распространяться быстрее, добавил он. Чтобы предотвратить такую возможность, Министерство сельского хозяйства США проводит программы наблюдения в нескольких портах и регулярно распыляет биоинсектициды на основе вирусов в исчезающих лесах для уничтожения гусениц непарного шелкопряда.
В дополнение к секвенированию генома исследователи провели исследования экспрессии генов, показывающие, как гены мотыльков реагируют на вирусную инфекцию, чтобы понять, как можно улучшить вирусные биоинсектициды для контроля над популяциями непарного шелкопряда. По словам исследователей, их результаты могут служить дорожной картой для определения уязвимости насекомых. Они также определили генетические различия между подвидами EGM и AGM, которые, вероятно, способствуют различиям в способности летать, химическом восприятии и взаимодействии с патогенами.
Доктор. Гэммон заинтересовался непарными мотыльками во время своей постдокторской работы в лаборатории лауреата Нобелевской премии доктора Крейга Мелло в Медицинской школе Массачусетского университета.
В исследовании 2014 года, опубликованном в журнале eLife, Dr. Гаммон сообщил, что клетки непарного шелкопряда поразительно устойчивы к арбовирусам, которые в противном случае заражают широкий спектр типов клеток мух, комаров и человека. Учитывая возникающую угрозу для здоровья человека со стороны таких арбовирусов, как вирус Зика, доктор Гаммон стремился понять генетические причины устойчивости клеток непарного шелкопряда в надежде найти новые стратегии блокирования арбовирусной инфекции у других видов.
Однако геном непарного шелкопряда не был секвенирован, что является явной предпосылкой для идентификации кодируемых молью противовирусных факторов. Вскоре после того, как в 2016 году ему предложили должность преподавателя в UT Southwestern, доктор Гаммон спросил доктора Гришина, профессора биофизики и биохимии и исследователя Медицинского института Говарда Хьюза (HHMI), могут ли они сотрудничать. В то время группа доктора Гришина только что идентифицировала два новых вида бабочек и секвенировала геномы нескольких других.
Это сотрудничество привело к сегодняшнему исследованию, проведенному с лауреатом Киотской премии доктором С. Даниэль Янцен, профессор биологии Пенсильванского университета, всемирно известный своими знаниями в области эволюционной экологии. Киотская премия считается высшей частной наградой Японии за глобальные достижения в области победителя.
«Каждый на северо-востоке Соединенных Штатов знает европейского непарного шелкопряда или, по крайней мере, знаком с опустошением, которое его ненасытная гусеница может причинить лесам», - сказал доктор Гаммон.
Следующие шаги должны включать функциональные исследования, чтобы понять, как работают гены, говорят исследователи.
«С теоретической точки зрения мы хотели бы понять, как биологическое разнообразие создается посредством механизмов эволюции белков», - сказал д-р Гришин, заведующий кафедрой биомедицинских наук имени Сесила Х. и Иды М. Грин. Вирджиния Мерчисон, стипендиат Linthicum в области биомедицинских исследований.
Другими авторами исследования UTSW являются Цзин Чжан, аспирант, и доктор Цянь Конг, бывший аспирант, оба из лаборатории Гришина, и Эмили А. Рекс, научный сотрудник лаборатории Гаммона.
Исследование получило поддержку от UT Southwestern's Endowed Scholars Program, Национальных институтов здравоохранения, Фонда Уэлча и HHMI.
Подробнее о непарных мотыльках
EGM в настоящее время находится в Коннектикуте, Делавэре, округе Колумбия, Иллинойсе, Индиане, Мэне, Мэриленде, Массачусетсе, Мичигане, Миннесоте, Нью-Гемпшире, Нью-Джерси, Нью-Йорке, Северной Каролине, Огайо, Пенсильвании, Род-Айленд, Вермонт, Вирджиния, Западная Вирджиния и Висконсин.
Внеочередное общее собрание считается особо рискованным в Кентукки.
Непарный шелкопряд предпочитает около 150 первичных хозяев, но питается более чем 300 видами деревьев и кустарников. Вот некоторые из них:
- Аспен
- Березка
- Кедр
- Хлопковое дерево
- Фруктовые деревья
- Лиственница
- Дуб
- Тополь
- Ива
Источник: USDA
Неудачный эксперимент по размножению: непарный шелкопряд в Северной Америке
Этьен Леопольд Трувело, ученый-любитель, занимающийся изучением бабочек и мотыльков, в середине 1860-х годов привез ЭГМ из своей родной Франции в свой дом в Медфорде, штат Массачусетс.
Его целью было скрестить EGM с более нежными мотыльками тутового шелкопряда, чтобы получить более выносливого производителя шелка, который унаследует черту гусеницы EGM, поедающую широкий спектр растений.
Согласно странице Смитсоновского института непарного шелкопряда, когда-то у натуралиста-любителя было более миллиона личинок, растущих за его домом недалеко от того места, где сейчас находится центр Бостона. В конце 1860-х некоторые из EGM сбежали и начали пировать в близлежащих лесах. С тех пор гусеницы EGM стали главными вредителями лесов и садов, уничтожив листву на миллионах акров.