Расшифровка генома ржавого шмеля может предложить новый подход к спасению исчезающего вида

Ученые из Службы сельскохозяйственных исследований Министерства сельского хозяйства США (USDA ARS) и Службы охраны рыбных ресурсов и диких животных США (USFWS) опубликовали детальную высокоразрешающую карту генома ржавого шмеля (Bombus affinis), что открывает новые возможные подходы для спасения этого местного опылителя от угрозы вымирания.

Сборка генома ржавого шмеля является частью проекта Beenome 100 — первой в своем роде инициативы по созданию библиотеки высококачественных детальных карт геномов 100 или более разнообразных видов пчел, обитающих в США. Проект является совместным предприятием ARS и Университета Иллинойса.

Ожидается, что эта библиотека поможет исследователям ответить на важные вопросы, например, какие генетические различия делают вид пчел более уязвимым к изменению климата или с большей вероятностью восприимчивым к пестицидам.

Ржавый шмель — важный опылитель бергамота (Monarda fistulosa), молочая и других диких цветов, а также таких культур, как клюква, сливы, яблоки и люцерна. Однако за последние примерно 20 лет его популяция, по оценкам, сократилась на 87%.

В 2017 году вид был занесен в список «находящихся под угрозой исчезновения». Если раньше ржавый шмель был обычен на Верхнем Среднем Западе и Северо-Востоке США в 28 штатах и 2 канадских провинциях, то теперь его ареал сократился до разрозненных участков в 13 штатах и одной канадской провинции. Одним из немногих мест, где его до сих пор регулярно находят, является район Миннеаполиса-Сент-Пола в Миннесоте и Висконсин.

«Имея доступ к такому количеству детальной информации в этом новом секвенированном геноме, мы получили возможность найти совершенно иной подход к укреплению популяций ржавого шмеля», — заявил энтомолог Джонатан Б. Ухауд Кох из Исследовательского подразделения ARS по биологии, управлению и систематике насекомых-опылителей в Логане, Юта.

Кох пояснил, что некоторые факторы, способствующие сокращению численности ржавого шмеля, уже известны: потеря среды обитания, сокращение разнообразия источников нектара, изменение климата, воздействие пестицидов, а также большее количество патогенов и вредителей.

Хотя ученым было известно, что широко распространенный грибковый патоген Varimorpha bombi (ранее Nosema bombi) оказывает пагубное воздействие на многие популяции ржавого шмеля, Кох был удивлен тем, сколько генетического материала Varimorpha он обнаружил в образце шмеля, использованном для построения карты генома.

«Мы использовали небольшой кусочек брюшной ткани от одного самца, собранного из гнезда в Миннесоте, что, учитывая охранный статус ржавого шмеля, казалось очень хорошей идеей», — сказал Кох. — «Только с помощью самого современного оборудования можно было восстановить целый геном из 15 252 генов и 18 хромосом из крошечного кусочка одного шмеля».

Оказалось, что около 4,5% секвенированной ДНК принадлежало Microsporidia — грибковой группе, включающей Varimorpha bombi. «Это огромное количество генетической информации из образца ткани пчелы, связанное с Varimorpha bombi. Это показывает, насколько повсеместен этот патоген», — отметил Кох.

«Наличие этого высококачественного генома позволит выявить генетические различия между популяциями ржавого шмеля, которые, по-видимому, чувствуют себя хорошо, и теми, которые находятся в упадке», — сказал Кох. — «Это может дать нам возможность идентифицировать гены, которые обеспечивают более устойчивой популяции гибкость для взаимодействия с окружающей средой. Мы также можем лучше понять генетическую основу поведения, физиологии и адаптации шмелей к изменяющимся условиям окружающей среды».

После того как будут идентифицированы более успешные гены для конкретных местных условий, исследователи смогут направить популяцию в нужном направлении при восстановлении ржавого шмеля в каком-либо районе с помощью программ разведения в неволе.

Исследование было опубликовано в журнале G3: Genes | Genomes | Genetics, а геном доступен на веб-сайте Национального центра биотехнологической информации: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/assembly/GCF\_024516045.1/.