Колорадский жук выработал устойчивость к более чем 50 видам инсектицидов, что делает его «супер-вредителем», наносящим ущерб картофелю по всему миру.
Новое исследование показало, что жук добился этого в основном благодаря тому, что обратился к глубокому разнообразию в своем геноме, что позволило различным популяциям в США быстро выработать устойчивость практически ко всему, что люди бросили на него. Богатство разнообразия этого вредителя и арсенал существующих генов устойчивости, вероятно, затруднит борьбу с ним в будущем, независимо от того, какие новые инсектициды разработают исследователи. Но новое понимание геномных ресурсов вредителя может помочь ученым разработать системы управления, которые будут держать его под контролем.
«Этот жук был одним из первых, кто подвергся химической атаке в современную эпоху, и он очень успешно эволюционировал после этих атак», — говорит он. Шон Шовилл, профессор энтомологии Университета Висконсин-Мэдисон, руководивший новым анализом. «Что касается других насекомых, с которыми мы надеемся бороться, есть уроки, которые можно извлечь из изучения этого вредителя. Какие механизмы использует это насекомое, чтобы обойти эти инсектициды?»
Вместе со своими сотрудниками в UW-Madison и других учреждениях Шовилль опубликовал свои выводы 19 января в журнале Молекулярная биология и эволюция.
команда Шовиля впервые секвенировал геном колорадского жука в 2018 году. С тех пор они исследовали геном, чтобы понять, как насекомое может так быстро преодолевать новые инсектициды. Для этого они секвенировали несколько десятков жуков со всех концов США. Эти региональные популяции различаются по тому, к каким пестицидам они устойчивы и откуда они произошли, что может дать ключ к пониманию эволюционной истории вредителя.
Ученые обнаружили, что эти различные региональные группы развивались так быстро, потому что их родительские популяции уже обладали генетическими ресурсами, необходимыми для преодоления инсектицидов.
«Хорошо известно, что развивающиеся гены участвуют в устойчивости к насекомым», — говорит Шовилль. «Но что интересно, так это то, что разные популяции изменяют разные части генов или разные гены одним и тем же путем». Этот похожий, но не идентичный путь к устойчивости в разных популяциях известен как повторная эволюция.
Эта быстрая эволюция, основанная на богатстве существующего генетического разнообразия, противоречит более старой модели эволюции, которая предполагала, что редкие мутации должны медленно возникать в популяции. Хотя новые мутации развиваются и могут способствовать инсектицид резистентность, быструю реакцию картофельного жука на новые химические вещества в разных частях страны можно объяснить только существующим его разнообразием.
Полученные данные являются неприятными новостями для фермеров и ученых, надеющихся переломить ситуацию с нападениями колорадского жука. Маловероятно, говорит Шовилль, что даже совершенно новый инсектицид сможет долго сдерживать вредителей. Но, вооружившись знаниями о том, как колорадский жук на сегодняшний день избегает атак отрасли, будущие исследования могут помочь разработать творческие стратегии, чтобы идти в ногу с этим врагом.
«Более сложные модели могут помочь нам узнать, как различные методы управления влияют на эволюцию жука», — говорит Шовилль. «Это может позволить нам изменить наш стиль управления, чтобы замедлить его».
Часто неудачи в борьбе с колорадским жуком связаны с другими факторами, помимо одной лишь устойчивости к инсектицидам. Сроки распыления имеет решающее значение для контроля. Зимующих жуков привлекают поля в течение нескольких недель; слишком раннее распыление инсектицида может только контролировать часть этих жуков. Однако ожидание, пока личинки почти полностью вырастут, также увеличивает шансы на неудачу в борьбе. С мелкими личинками гораздо легче бороться с помощью инсектицида, чем с крупными. Важно использовать правильное количество инсектицида, а также обеспечить полное покрытие растений.
Эта статья опубликована в майском номере журнала за 2022 год. Картофелевод.
