Расшифрован геном колорадского жука — главного сельскохозяйственного вредителя

Колорадский жук печально известен своей ролью в зарождении индустрии пестицидов и способностью вырабатывать устойчивость к разрабатываемым против него инсектицидам.

Ежегодные затраты на борьбу с жуком составляют десятки миллионов долларов, что, однако, предпочтительнее миллиардных потерь от ущерба, который он наносит при бесконтрольном размножении.

Чтобы лучше понять этого живучего вредителя, группа учёных под руководством энтомолога Университета Висконсин-Мэдисон Шона Шовилла отсеквенировала геном жука, исследуя его гены на предмет ключей к удивительной адаптивности к новым средам и инсектицидам. Новые данные проливают свет на то, как это насекомое переключается на новые растения-хозяева и справляется с токсинами, что поможет в поиске новых способов контроля над ним.

Шовилл и коллеги из 33 других институтов и университетов сообщают о результатах в выпуске журнала Scientific Reports от 31 января 2018 года.

Быстрое распространение, выносливость и узнаваемые тигровые полосы колорадского жука привлекли глобальное внимание с начала его нашествия на картофельные поля в 1800-х годах. В 1940-х годах Германия изучала жука как потенциальное сельскохозяйственное оружие, а его послевоенное распространение в советский блок подпитывало антиамериканскую пропагандистскую кампанию, обвинявшую в инвазии внешние силы. В более мирном ключе жук изображался на почтовых марках многих стран и используется в школах для изучения жизненных циклов насекомых.

Однако именно способность жука быстро развивать резистентность к инсектицидам и расселяться в ранее считавшихся негостеприимными климатических зонах десятилетиями восхищала и разочаровывала энтомологов.

Геномные открытия и загадки устойчивости

Внутри генома жука команда Шовилла обнаружила большое и разнообразное множество генов, отвечающих за переваривание растительных белков, что помогает ему процветать на растениях-хозяевах. Также у жука оказалось увеличенное количество генов, отвечающих за восприятие горького вкуса, вероятно, из-за его предпочтения растениям семейства паслёновых, к которому относится и картофель.

Но когда дело дошло до печально известной способности преодолевать действие инсектицидов, исследователи с удивлением обнаружили, что геном колорадского жука очень похож на геномы его менее выносливых родственников. Команда не нашла новых генов, связанных с устойчивостью, которые могли бы объяснить его живучесть.

Перспективы для новых методов контроля

Геном дал ключ к известной чувствительности жука к альтернативной системе контроля — РНК-интерференции (RNAi). Нуклеиновая кислота РНК транслирует генетические инструкции ДНК в белки, а RNAi использует специфичные для гена цепи РНК, чтобы нарушить и разрушить эти сообщения. У жука можно использовать RNAi, чтобы заблокировать его клеточные механизмы, действуя как своего рода инсектицид. У колорадского жука расширенный путь обработки RNAi, что означает его особую восприимчивость к экспериментальным методам контроля на основе RNAi.

Шовилл и ещё один руководитель проекта по геному жука, профессор Университета Вермонта Йоланда Чен, теперь секвенируют ещё 100 геномов колорадского жука и его близких родственников, чтобы продолжить исследование выносливости и адаптивности, которые привлекали внимание людей на протяжении последних 150 лет.