Азиатский усач, Anoplophora glabripennis, также известный как жук звездного неба, является родным для Восточной Азии, но успешно вторгся в Северную Америку и Европу, где он заражает клены, березы, ивы, вязы и тополя. Опубликованный в журнале Genome Biology отчет международной группы ученых о секвенировании, аннотации и сравнительном исследовании генома этого жука с целью разработки новых инструментов для борьбы с его распространением и лучшего понимания биологии инвазивных вредителей-древоточцев. В проекте приняли участие ученые из более чем 30 исследовательских институтов мира, в том числе из Швейцарского института биоинформатики SIB и Женевского университета (UNIGE). Результаты начинают помогать разгадывать сложную генетическую и геномную основу инвазивности азиатского усача и эволюционного успеха того, как жуки эксплуатируют растения.
Швейцарское федеральное управление по охране окружающей среды (FOEN) перечисляет более 100 инвазивных видов, которые уже представляют угрозу для Швейцарии, включая азиатского усача и других насекомых, таких как самшитовая моль, божья коровка-арлекин, азиатский тигровый комар а также амброзиевый и колорадский жуки. Швейцарский федеральный институт исследований леса, снега и ландшафта (WSL) считает Anoplophora glabripennis одним из самых опасных вредителей, поражающих широколиственные деревья. Взрослые самки жуков прогрызают кору дерева, чтобы отложить яйца в маленькое отверстие, поэтому, как только личинки вылупляются, у них есть готовый источник сосудистой растительной ткани, которой можно питаться. По мере взросления личинки прокладывают туннели глубоко в сердцевине дерева, при этом каждая личинка способна потреблять до 1000 кубических сантиметров древесины за свою жизнь. Появляющиеся взрослые особи обычно производят следующее поколение на том же дереве-хозяине, но высокая плотность заражения в конечном итоге убивает дерево, поэтому им приходится рассредоточиться, чтобы найти новые деревья-хозяева для своих детенышей. Вполне вероятно, что первые паразиты были завезены по незнанию в виде личинок, спрятанных внутри деревянных упаковочных материалов. Новые законы, требующие, чтобы такая упаковка из Китая подвергалась термической сушке или химической обработке для уничтожения любых личинок, помогли ограничить новые инвазии, а эффективные проверки на вредителей и повышение осведомленности общественности оказались успешными для предотвращения дальнейшего распространения азиатских жуков-усачей в Швейцарии.
Совместный исследовательский проект по секвенированию, аннотированию и изучению генома Anoplophora glabripennis возглавил профессор Дуэйн МакКенна из Университета Мемфиса, а секвенирование ДНК и сборка генома были выполнены в Медицинском колледже Бейлора под руководством проф. Стивен Ричардс в рамках инициативы по геному членистоногих i5K. В группу исследователей, проанализировавших это новое богатство генетических и геномных данных, вошли эксперты из Швейцарского института биоинформатики SIB и медицинского факультета Женевского университета, доктор Панайотис Иоаннидис и доктор Роберт Уотерхаус из группы профессора В. Евгений Здобнов. Усилия международной группы стали возможными благодаря финансированию со стороны агентств Соединенных Штатов, включая Национальный исследовательский институт генома человека, Национальный научный фонд, Национальный институт продовольствия и сельского хозяйства и Национальные институты здравоохранения, а также Немецкий исследовательский фонд и Швейцарский Национальный научный фонд. Их результаты исследования генома из 710 мегапар оснований и его 22 035 закодированных генов опубликованы в обширной рукописи в журнале Genome Biology.
Секвенирование и аннотирование генома жука позволило исследователям провести подробный сравнительный анализ с другими насекомыми и изучить тысячи закодированных генов, чтобы понять, как они эволюционировали, чтобы успешно питаться тканями деревьев. Профессор Маккенна сказал: «Исследования в моей лаборатории были сосредоточены на эволюции взаимодействия жуков и растений и фитофагии, то есть питании растениями, поэтому секвенирование всего генома теперь позволяет нам идентифицировать полный набор генов, которые облегчают специализированное питание этого жука. на древесных растениях. Далее он пояснил, что «В частности, дупликация генов, т. е. генерация новых копий генов в геноме этого жука, и их последующее функциональное расхождение, были важными факторами, которые привели к расширению и усилению репертуара его метаболических генов в некоторых случаях. случаи, связанные с генами, полученными от грибов и бактерий».
Помимо кодирования многих из этих ферментов, необходимых для деградации растительных тканей, геном также выявил несколько расширенных наборов генов, которые, как известно, важны для детоксикации химических веществ, обычно вырабатываемых растениями для защиты от атак со стороны такие вредители. «Это означает, что жук может быстро избавиться от этих токсичных химических веществ для защиты растений, которые обычно отпугивают большинство насекомых, и продолжать питаться древесными тканями деревьев-хозяев», - пояснил доктор Иоаннидис. Доктор Уотерхаус добавил, что «используя наши инструменты сравнительной геномики, включая OrthoDB и BUSCO, мы смогли классифицировать гены на те, которые являются общими для многих видов насекомых, и те, которые специфичны для жуков, особенно жуков, питающихся растениями, чтобы выделить гены, которые могут быть особенно важными. за биологические инновации, которые позволили жукам стать такой успешной - и в данном случае опасной - группой насекомых."