Колорадский жук выработал устойчивость к более чем 50 видам инсектицидов, что сделало его «супер-вредителем», наносящим ущерб картофелю по всему миру.
Новое исследование показывает, что жук добился этого подвига в основном благодаря тому, что обратился к глубокому пулу разнообразия в своем геноме, что позволило различным популяциям жуков быстро выработать устойчивость практически ко всему, что люди применяли против 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 Шон Шовилл, профессор энтомологии Университета Висконсин-Мэдисон, который руководил новым исследованием. «Что касается других насекомых, которых мы надеемся контролировать, из изучения этого вредителя можно извлечь уроки. Какие механизмы использует это насекомое, чтобы обойти эти инсектициды?»
Вместе со своими сотрудниками Шон Шовилл опубликовал свои выводы в журнале Molecular Biology and Evolution.
Команда Шовилла впервые секвенировала 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.
Быстрая эволюция, основанная на богатстве существующего генетического разнообразия, противоречит более старой модели эволюции, которая предполагала, что редкие мутации должны медленно возникать в популяции.
В то время как новые мутации действительно развиваются и могут способствовать устойчивости к инсектицидам, быстрая реакция картофельного жука на новые химические вещества в разных популяциях может быть объяснена только его существующим разнообразием.
Полученные данные являются неприятными новостями для фермеров и ученых, надеющихся переломить ситуацию с атаками картофельного жука. Кажется маловероятным, говорит Шон Шовилл, что даже совершенно новый инсектицид сможет долго сдерживать вредителя.
Но, вооружившись знаниями о том, как колорадский жук уклонился от наших атак, будущие исследования могут помочь разработать творческие стратегии, чтобы не отставать от этого врага.
«Более сложные модели могут помочь нам узнать, как различные методы управления влияют на эволюцию жука. Это может позволить нам изменить наш стиль управления, чтобы замедлить его», — говорят ученые.
Исследование было опубликовано в журнале Molecular Biology and Evolution. Genome Resequencing Reveals Rapid, Repeated Evolution in the Colorado Potato Beetle.