Бесполые инвазивные виды нашли новый способ адаптации без генетической изменчивости

Новое исследование колледжа Уэлсли показало, как бесполые инвазивные виды долгоносиков адаптируются к новым условиям и разным растениям-хозяевам без генетической изменчивости, которая сопровождает мейотическое размножение.

Эпигенетика вместо генетики

Исследователи изучили два вида партеногенетических (размножающихся без оплодотворения) и полифагных (многоядных) долгоносиков: Naupactus cervinus и N. leucoloma. Образцы собирали во Флориде, Калифорнии и Аргентине с 2015 года в течение пяти лет. Несмотря на то, что долгоносики из разных локаций в США (куда они были интродуцированы через торговлю) являются генетически идентичными, они уникально адаптировались к разным растениям.

Механизм адаптации

Анализ паттернов экспрессии генов в трёх категориях, опосредующих взаимодействие долгоносика с растением-хозяином, показал:

• Некоторые группы растений-хозяев (например, бобовые) требуют от долгоносиков более сложного ответа в виде экспрессии генов.
• Ответ на "сложные" растения-хозяева имеет много общих дифференциально экспрессируемых генов с другими стрессовыми ситуациями (органическое культивирование, переход на новых хозяев). Это указывает на эволюционно выгодный общий режим экспрессии генов для реакции на разные типы стресса.

Межпоколенческая передача изменений

Ключевое открытие: матери способны передавать эти эпигенетические изменения своему потомству.

"Изначально мы думали, что эти изменения будут видны только в одном поколении. Изучая личинок, у которых ещё нет ртов и которые не едят растения, мы обнаружили свидетельства тех же белков и адаптаций, что и у их матерей", — говорит ведущий автор Ава Макай-Смит.

Это открытие важно, поскольку классическое понимание предполагает, что при размножении (как половом, так и бесполом) все эпигенетические метки стираются между поколениями.

"Эти матери, по сути, дают своему потомству "напутственную речь", готовя их к суровым реалиям мира насекомых-фитофагов, передавая эти 'советы' по регуляции генов из поколения в поколение", — отмечает профессор Андреа Секейра.

Практическое значение

Понимание эпигенетических изменений у инвазивных бесполых видов может помочь регулировать их негативное воздействие на окружающую среду, местные растения или сельскохозяйственные культуры.

"Зная, что есть в репертуаре этого насекомого, можно представить, что, раз мы определили белки, которые регулируются иначе, можно нацелиться на конкретный белок и разработать целевой пестицид, удаляющий только этот вид долгоносика, не вредя другим местным насекомым или фауне", — считает Макай-Смит.

Исследование показывает, что генетическая изменчивость — не единственная форма наследуемой изменчивости, на которую может действовать естественный отбор. Эпигенетические процессы могут увеличивать эволюционный потенциал организмов в ответ на стресс и другие экологические проблемы — адаптации, актуальные в контексте изменения климата.

Источник: Исследование "Host-Specific Gene Expression as a Tool for Introduction Success in Naupactus Parthenogenetic Weevils" опубликовано в PLOS ONE.