Знаете ли вы, что до пятой части выращенного мирового урожая ежегодно съедается насекомыми? Среди них – колорадский жук, одна из самых больших угроз картофельным плантациям и баклажанным грядкам. Сейчас этот злостный сельскохозяйственный вредитель устойчив более чем к полусотне видов инсектицидов, и изучение генетических механизмов такой уникальной приспособляемости позволяет по-новому взглянуть на эту проблему
Колорадский жук (Leptinotarsa decemlineata), из семейства жуков-листоедов, в природе питается дикорастущими пасленовыми растениями. Это американское насекомое получило свою известность как вредитель сельскохозяйственных культур, в первую очередь картофеля, во второй половине XIX в., когда опустошило картофельные поля в штате Колорадо. Еще до конца века жук освоил в новом качестве всю территорию США, а затем попал в Старый Свет, где закрепился во Франции во время Первой мировой войны, откуда и начал распространяться по Европе.
Сегодня для борьбы с колорадским жуком, как и с большинством других насекомых-вредителей, используют, как и раньше, химические препараты – инсектициды. Но насекомые в ответ приспосабливаются: есть даже мнение, что они эту «гонку вооружений» уже выиграли.
Поэтому для дальнейшей борьбы с колорадским жуком требуются все новые и новые инсектициды, но такие разработки дороги, при этом вред, который они наносят окружающей среде, может быть велик. Конечно, ученые работают и над биологическими методами борьбы с насекомыми-вредителями, а также над созданием препаратов, нацеленных на «выключение» определенных генов конкретного вида насекомых (например, с помощью РНК-интерференции). Однако пока такие способы не находят широкого применения.
Сейчас становится ясно, что для разработки более эффективных мер нужно понимать эволюционные и геномные механизмы, которые сначала позволяют насекомым становиться вредителями, а затем способствуют у них развитию устойчивости к токсичным химическим препаратам. Кстати сказать, некоторые популяции колорадского жука, обитающие в районе Великих американских равнин, а также в Мексике, не превратились из мирных листоедов в злостных поедателей культурных растений и до сих пор предпочитают свою исконную пищу – дикие пасленовые.
Существует теория, что вредоносной трансформации вида способствует так называемая быстрая эволюция, которая определяется как изменение фенотипа (совокупности внешних и внутренних признаков организма) особей в течение очень небольшого числа поколений, причем независимо от исходного уровня генетического разнообразия. Быстрому отбору могут подвергаться либо новые мутации в структурных (кодирующих белки) генах, часто возникающие в больших популяциях, либо мутации в регуляторных генах, что влечет за собой изменения работы целых молекулярных каскадов.
Ученые из США секвенировали геном колорадского жука в 2018 г. и с тех пор подробно его изучают. Сейчас они проанализировали геномы представителей нескольких популяций этих насекомых, различающихся по устойчивости к разным пестицидам, из разных районов США.
Выяснилось, что эволюция этих жуков в эту сторону шла так быстро потому, что их родительские популяции уже обладали генетическим потенциалом, позволяющим организму преодолевать токсическое действие инсектицидов. При этом ученые не нашли доказательств ни отбора на основе новых мутаций, ни быстрой эволюции регуляторных генов.
Вместо этого исследователи увидели картину «повторяющейся эволюции», в основе которой лежало огромное генетически обусловленное разнообразие молекулярных механизмов устойчивости к инсектицидам в разным географических регионах. Жукам не нужно было каждый раз «изобретать велосипед» – все нужные генетические варианты хоть где-нибудь, да уже существовали.
И это плохая новость как для сельского хозяйства, так и для огородника-одиночки: такое генетическое разнообразие колорадских жуков очень затруднит любую разработку препаратов и методов борьбы с этими вредителями.
Фото: https://www.maxpixel.net
