Расшифровка маршрутов миграции насекомых по ДНК пыльцы

Метод метабаркодирования — массового секвенирования ДНК — позволяет отслеживать миграционные пути насекомых, что раньше было сложно из-за технических ограничений. В качестве штрих-кода используется небольшой фрагмент ДНК пыльцы, которую переносят насекомые, чтобы определить виды растений, которые они посетили ранее. Новое исследование показывает, что трансконтинентальное опыление с участием мигрирующих насекомых возможно, а значит, растения, находящиеся очень далеко друг от друга, могут смешиваться.

Новый метод: метабаркодирование пыльцы

В исследовании, опубликованном в журнале Molecular Ecology Resources, ученые из Institut de Biologia Evolutiva (IBE: CSIC—Universitat Pompeu Fabra), Institute of Botany of the Polish Academy of Sciences и Universitat Autònoma de Barcelona (UAB) разработали технику, которая обходит прежние ограничения. Это анализ ДНК пыльцы, переносимой насекомыми, методом метабаркодирования.

Небольшой фрагмент ДНК идентифицирует вид растения, к которому принадлежит пыльца, подобно штрих-коду. Зная географическое распространение обнаруженных видов растений, можно определить место, где насекомое питалось, и, следовательно, его миграционный маршрут.

Преимущества перед старыми методами

Ранее для изучения дальних миграций использовались:

• Метод мечения-повторной поимки — крайне низкая вероятность повторного отлова.
• Телеметрия с радиопередатчиками — применима только к крупным насекомым на короткие расстояния из-за веса передатчиков и малого времени работы батарей.
• Анализ изотопов водорода или углерода в тканях — низкое разрешение, полезен только для миграций на очень большие расстояния.

«Скажи, какие цветы ты посетил, и я скажу, откуда ты»

Когда насекомые питаются на цветах, пыльца оседает на их телах и может переноситься на большие расстояния. Таксономическая классификация пыльцевых зерен под микроскопом часто невозможна на уровне вида, требует много времени и специальных знаний.

Как объясняет Роджер Вила (Roger Vila), соавтор исследования из IBE: «Развитие технологий секвенирования нового поколения позволило массово секвенировать генетический материал, присутствующий в образце пыльцы от различных особей». Это и есть метабаркодирование.

Исследование на бабочках-репейницах

Ученые применили метабаркодирование для изучения пыльцы с 47 особей мигрирующих бабочек-репейниц (Vanessa cardui), отловленных на средиземноморском побережье Испании весной. Цель — проверить, принадлежит ли ДНК пыльцы эндемичным африканским растениям, и пролить свет на миграционные пути.

Анализ выявил пыльцу 157 видов растений из 23 различных порядков. Подавляющее большинство оказались африканскими видами, не представленными в Европе.

Ранее было показано, что репейница совершает самые длинные миграции среди бабочек в мире, ежегодно путешествуя между тропической Африкой и Европой (туда и обратно, пересекая пустыню Сахара) в successive поколениях, хотя точные маршруты остаются неизвестными.

Трансконтинентальное опыление

Результаты исследования важны и с точки зрения растений: они впервые демонстрируют, что трансконтинентальное опыление с помощью мигрирующих насекомых возможно. Это явление следует учитывать как для диких, так и для культурных растений, поскольку оно позволяет смешиваться растениям из очень удаленных мест.

«Мы надеемся, что эта техника откроет новую линию исследований, которая поможет прояснить, какие насекомые мигрируют, какие маршруты они используют и когда, поскольку мы до сих пор мало знаем о влиянии миграции насекомых на экосистемы и передачу заболеваний», — говорит Жерар Талавера (Gerard Talavera), соавтор статьи, исследователь IBE и National Geographic Explorer.