Колорадский жук печально известен своей ролью в начале производства пестицидов, а также своей способностью сопротивляться инсектицидам, разработанным для его остановки.
Уход за жуком стоит десятки миллионов долларов каждый год, но это долгожданная альтернатива миллиардам долларов ущерба, который он может нанести, если его не остановить.
Чтобы лучше понять этого стойкого вредителя, группа ученых во главе с энтомологом из Университета Висконсин-Мэдисон Шоном Шовиллом секвенировала геном жука, исследуя его гены в поисках ключей к его удивительной приспособляемости к новым условиям и инсектицидам. Новая информация проливает свет на то, как это насекомое прыгает на новые растения-хозяева и справляется с токсинами, и поможет исследователям изучить новые способы борьбы с жуком.
Schoville и его коллеги из 33 других институтов и университетов сообщают о своих выводах в выпуске Scientific Reports от 31 января 2018 года.
Быстрое распространение, выносливость и узнаваемые тигриные полосы колорадского жука привлекли внимание всего мира с тех пор, как он начал заражать картофель в 1800-х годах. Жук был изучен Германией в 1940-х годах как потенциальное сельскохозяйственное оружие, и его послевоенное распространение в советском блоке спровоцировало антиамериканскую пропагандистскую кампанию, направленную на то, чтобы свалить вторжение на чужаков. Более того, он был изображен на марках многих стран и используется в классах для обучения жизненным циклам насекомых.
Но именно способность жуков быстро вырабатывать устойчивость к инсектицидам и распространяться в климате, ранее считавшемся негостеприимным, десятилетиями очаровывала и разочаровывала энтомологов.
«Все усилия по разработке новых инсектицидов просто сведены на нет из-за такого вредителя, который может очень быстро победить его», - говорит Шовилль. «Это представляет собой проблему для картофелеводов и сельскохозяйственных энтомологов, пытающихся справиться с этим. И это просто увлекательно с эволюционной точки зрения».
В геноме жука команда Шовиля обнаружила большое количество разнообразных генов, используемых для переваривания растительных белков, что помогает жуку процветать на своих хозяевах. У жука также было увеличено количество генов, отвечающих за восприятие горького вкуса, вероятно, из-за того, что они предпочитали растения семейства горьких пасленовых, членом которого является картофель.
Но когда дело дошло до печально известной способности этого вредителя побеждать инсектициды, исследователи были удивлены, обнаружив, что геном колорадского жука очень похож на геном его менее выносливых собратьев. Команда не нашла новых генов, связанных с устойчивостью, чтобы объяснить живучесть насекомого.
«И вот что интересно - не диверсификация их генома, добавление новых генов, которые могли бы объяснить быструю эволюцию пестицидов», - говорит Шовилль. «Таким образом, у нас остается целая куча новых вопросов, чтобы выяснить, как это работает».
Schoville и его сотрудники рассматривают свои исследования как ресурс для разнообразной группы ученых, изучающих, как управлять жуком, а также его историю жизни и эволюцию.
«Этот геном позволит нам задавать всевозможные новые вопросы о насекомых, почему они вредители и как они эволюционировали», - говорит Иоланда Чен, профессор Университета Вермонта и другой лидер усилий по расшифровке генома жука. «И именно поэтому мы в восторге от этого».
Геном дал ключ к известной чувствительности жука к альтернативной системе контроля, известной как РНК-интерференция, или сокращенно РНКи. Нуклеиновая кислота РНК переводит генетические инструкции из ДНК в белки, а РНКи использует специфические для генов нити РНК, чтобы вмешиваться в эти сообщения и разрушать их. У жука РНКи можно использовать для склеивания его клеточного механизма и действовать как своего рода инсектицид. Колорадский жук имеет расширенный путь процессинга РНК-интерференции, что означает, что он может быть особенно восприимчив к экспериментальным методам контроля РНК-интерференции.
Шовилль и Чен в настоящее время секвенируют еще 100 геномов колорадского жука и его близких родственников, чтобы продолжить исследование выносливости и приспособляемости, которые привлекали внимание столь многих людей в течение последних 150 лет.