Непарный шелкопряд (Lymantria dispar) известен как один из самых разрушительных вредителей лесных массивов Европы, Азии и Северной Америки. Несмотря на довольно скромный внешний вид, эта бабочка способна причинить серьезный ущерб: при массовых вспышках численности ее гусеницы быстро уничтожают лиственные, а порой и хвойные леса. Для сдерживания численности и грамотного управления популяциями вредителя необходимо учитывать множество биологических особенностей, в том числе — половую принадлежность неполовозрелых особей. До сих пор этот аспект оставался "темным пятном" для энтомологов, однако коллектив ученых из БФУ, НГУ и Института цитологии и генетики СО РАН под руководством Юрия Илинского разработал скорый, доступный и универсальный генетический метод определения пола гусениц шелкопряда, намного упростив дальнейшие исследования и мониторинг.
Почему проблема определения пола у гусениц так актуальна
До недавнего времени распознать самку или самца среди взрослых бабочек мог даже начинающий специалист — у них отчетливо различимы половые различия. Но гусеницы шелкопряда и других чешуекрылых на личиночной стадии почти не отличаются друг от друга, а применение стандартных морфологических, либо химических тестов было либо сложным, либо малоприменимым на практике. Между тем, успешная реализация экологических, генетических и селекционных экспериментов требует точного учета пола особей уже на этапе личинки, ведь миграция, рост, развитие, восприимчивость к патогенам и даже кишечная микрофлора могут значительно различаться у самцов и самок. Отсутствие простого решения всерьез сдерживало исследования в данной области.
Инновационный и простой подход: как это работает
Разработанный биологами новый метод основан на особенностях половой хромосомной системы у шелкопряда. В отличие от млекопитающих, у которых женский пол определяется наличием двух Х-хромосом, а мужской — комбинацией Х и Y, у чешуекрылых ситуация иная: самцы имеют две одинаковые половые хромосомы (ZZ), а самки — разные (ZW). Гипотеза Юрия Илинского и его коллег заключалась в том, что, сравнив количество Z-хромосом с количеством остальных, можно однозначно идентифицировать пол любой особи, даже если она еще не достигла половой зрелости.
Провести анализ оказалось гораздо проще, чем можно было ожидать: исследователям достаточно без вреда для будущего развития взять крошечную пробу гемолимфы (жидкости, аналогичной крови у насекомых) с помощью тончайшей иглы у гусеницы. Дальнейшее лабораторное определение числа Z-хромосом позволяет точно определить — перед нами самец или самка. Причем если гусеница погибает, генетический материал из нее не теряет своей ценности для анализа.
Преимущества нового способа: скорость, доступность и универсальность
Разработанная технология отличается исключительной простотой и оперативностью. Она не требует дорогостоящего оборудования или сложных химических реагентов, обеспечивает надежную идентификацию пола сразу у сотен особей всего за один рабочий день. Более того, методика пригодна не только для непарного шелкопряда, но и для других представителей бабочек и молей, что открывает широкие перспективы для массовых или высокоточных биологических исследований и программ по биобезопасности.
Важным плюсом является также низкая инвазивность: гусеницы после короткого вмешательства остаются жизнеспособными и могут продолжать свое развитие, что особенно ценно для длительных исследований, опытных линий и экспериментальных популяций.
Зачем ученым нужно определять пол гусениц на ранних этапах
Уже давно известно, что такие особенности, как скорость роста, переносимость патогенов, интенсивность пищеварения и миграционная активность, могут существенно отличаться между самцами и самками во многих группах чешуекрылых. Обеспечив быстрый и надежный доступ к информации о поле гусениц, биологи получают мощный инструмент для оттачивания стратегий контроля вредителей, оптимизации селекционных программ или разработки новых биологических методов защиты растений.
Для фундаментальной науки открываются новые горизонты — можно в деталях отслеживать и анализировать влияние пола на физиологические процессы, темпы развития или адаптационные механизмы на ранних этапах жизненного цикла, не дожидаясь взросления каждой особи. Это ускоряет научно-технический прогресс и повышает точность получаемых данных во множестве областей: от фармакологии до экологии лесов.
Достижения и будущее развитие технологии
Группа Юрия Илинского — Ирина Белоусова, Никита Ершов и Вячеслав Мартемьянов — предложила решение, которое уже получило признание научного сообщества. В перспективе, такая методика может быть адаптирована для самых разных насекомых, включая сельскохозяйственных вредителей и полезных опылителей. Массовое внедрение простых и надежных молекулярных тестов значительно упростит задачу мониторинга насекомых, прогнозирования вспышек вредоносности и позволит более гибко реагировать на угрозы для лесных и аграрных экосистем.
Работа российских биологов еще раз подтверждает: отечественная наука способна задавать темп мировым биотехнологическим трендам, предлагая уникальные решения сложнейших практических задач. Ученые надеются, что их метод быстро найдет широкое применение — как среди исследователей, так и в практических программах управления численностью вредителей.
Источник: scientificrussia.ru
