Геномные технологии помогут избежать проблем одомашнивания насекомых

Насекомых всё чаще разводят на фермах как корм для животных, для производства кормов для домашних питомцев и потенциально в пищу людям. Процесс одомашнивания диких животных в искусственной среде сопряжён с уникальными проблемами. К счастью, можно извлечь важные уроки из многовекового опыта одомашнивания других животных.

Как исследователи, изучающие генетические изменения при одомашнивании, мы считаем важным осознавать уязвимости этого процесса. Современные биотехнологические инструменты могут помочь предвидеть и предотвратить проблемы на раннем этапе.

История одомашнивания

От одомашнивания зерновых 12 000 лет назад до современных стратегий селекции на основе генома, люди давно подчиняют природу своим целям. Селективное разведение особей с желаемыми признаками привело к одомашниванию множества видов.

Люди создали устойчивые к болезням сельскохозяйственные культуры, послушных коров с высокой продуктивностью, крупных домашних птиц и собак.

Долгая история использования насекомых

Одомашнивание насекомых — не новость. Тутового шелкопряда (Bombyx mori) разводят для производства шёлка более 5000 лет. Но селекция и изоляция от диких сородичей привели к потере способности летать, зависимости от одного источника пищи и необходимости помощи в размножении. В результате шелкопряды полностью зависят от человека, а исходный вид больше не существует.

Колонии западной медоносной пчелы (Apis mellifera) столетиями используют для опыления и производства мёда. Но пчёлы находятся под угрозой из-за синдрома разрушения пчелиных семей, причины которого (возможно, болезни или пестициды) до конца не ясны.

Сейчас индустрия сельского хозяйства насекомых нацелена на одомашнивание других видов (например, черной львинки Hermetia illucens и мучного хрущака Tenebrio molitor) как источника устойчиво производимого белка. Их выращивание на органических отходах позволяет создать циклическую сельскохозяйственную систему и снизить экологический след производства белка.

Проблема иммунитета при одомашнивании

Современные промышленно выращиваемые куры растут быстрее и крупнее, но генетически очень однородны. В контролируемых условиях с доступом к пище, антибиотикам и вакцинам у них ослабевают естественные иммунные способности, так как энергия перенаправляется на рост.

В дикой природе особи с дефектными иммунными генами погибают, но в одомашненной среде они выживают и передают эти гены. Вспышка птичьего гриппа H5N1 показала, что происходит, когда однородная популяция домашних животных сталкивается с опасным патогеном.

Риски монокультуры

Одомашнивание часто подразумевает выращивание большого количества одного вида на ограниченной территории — монокультуру. Все особи в монокультуре генетически схожи и имеют одинаковую уязвимость.

Пример — бананы. Сорт Гро-Мишель, выращивавшийся в начале XX века, был уничтожен грибком Fusarium oxysporum. Современная индустрия, основанная на сорте Кавендиш, уязвима перед новой угрозой — штаммом Fusarium oxysporum Tropical Race 4.

Как геномика может помочь

Современная геномика позволяет по-новому подойти к контролю качества в сельском хозяйстве насекомых. Она помогает понять связь между генами и признаками организма, что позволяет избежать негативных последствий одомашнивания.

Например, анализ сотен геномов культурных и диких томатов показал, что при селекции на длительный срок хранения были невольно утрачены гены, отвечающие за вкус.

Аналогичный скрининг геномов позволил обнаружить комбинации генов, повышающие надои у молочных коров. Фермеры могут целенаправленно разводить животных с нужными генами, одновременно следя за сохранением других важных признаков, таких как сильный иммунитет или высокая плодовитость.

Селекционеры насекомых могут использовать эти генетические инструменты с самого начала. Отслеживание генетических маркеров в популяции — как мониторинг жизненных показателей пациента в больнице. Это позволяет оценить здоровье колонии и необходимость вмешательства.

Если в популяции начинают появляться особи с маркерами «плохих» генов, можно сразу принять меры, не дожидаясь катастрофы. Способы решения включают:

• Введение новой популяции из дикой природы или другой колонии для обновления генома.
• Использование методов редактирования генов, таких как CRISPR-Cas9, для воспроизведения здоровых и продуктивных генетических комбинаций.

Геномная селекция — это дополнение к стандартным практикам, а не замена. Она помогает увидеть, какие признаки находятся под угрозой, как они меняются и где найти резервы генетического разнообразия. Это позволяет принимать более обоснованные решения, выявлять генетические проблемы и действовать на опережение.

Используя возможности геномики, индустрия сельского хозяйства насекомых может избежать случайного коллапса в будущем, продолжая развивать устойчивое производство белка и циклическую сельскохозяйственную экосистему.