Колорадский жук использует генетическое разнообразие для устойчивости к инсектицидам

Колорадский картофельный жук (Leptinotarsa decemlineata) выработал устойчивость к более чем 50 различным видам инсектицидов, что делает его "супервредителем", наносящим ущерб картофелю по всему миру.

Новое исследование показывает, что жук достиг этого в значительной степени за счёт использования глубокого пула генетического разнообразия в своём геноме. Это позволило разным популяциям по всей территории США быстро эволюционировать и вырабатывать устойчивость практически к любым средствам, которые применял против них человек.

Богатое генетическое разнообразие и существующий арсенал генов устойчивости, вероятно, затруднят контроль над этим вредителем в будущем, независимо от того, какие новые инсектициды разработают учёные. Однако новое понимание геномных ресурсов жука может помочь в разработке систем управления, которые будут сдерживать его популяцию.

"Этот жук был одним из первых, на кого в современную эпоху обрушили химические атаки, и он очень успешно эволюционировал, чтобы преодолеть эти атаки", — говорит Шон Шовиль, профессор энтомологии Университета Висконсин-Мэдисон, руководивший анализом.

Команда Шовиля впервые секвенировала геном колорадского жука в 2018 году. Чтобы понять, как насекомое так быстро преодолевает новые инсектициды, они секвенировали несколько десятков жуков из разных регионов США. Эти региональные популяции различаются по устойчивости к пестицидам и своему происхождению.

Учёные обнаружили, что разные региональные группы эволюционировали так быстро, потому что их родительские популяции уже обладали необходимыми генетическими ресурсами для преодоления инсектицидов.

"Гены, которые эволюционируют, хорошо известны своим участием в устойчивости насекомых. Но интересно то, что разные популяции изменяют разные части генов или разные гены в одном и том же пути", — объясняет Шовиль. Этот сходный, но не идентичный путь к устойчивости в разных популяциях известен как повторяющаяся эволюция.

Такая быстрая эволюция, основанная на богатом существующем генетическом разнообразии, противоречит старой модели эволюции, которая предполагала медленное возникновение редких мутаций в популяции. Хотя новые мутации действительно возникают и могут способствовать устойчивости к инсектицидам, быстрая реакция картофельного жука на новые химикаты в разных частях страны может быть объяснена только его существующим разнообразием.

Полученные данные — неутешительная новость для фермеров и учёных. По словам Шовиля, маловероятно, что даже совершенно новый инсектицид сможет долго сдерживать вредителя.

Однако, вооружившись знаниями о том, как колорадский жук уклоняется от наших атак, будущие исследования могут помочь выработать креативные стратегии, чтобы успевать за этим противником.

"Более сложные модели могут помочь нам понять, как различные методы управления влияют на эволюцию жука. Это может позволить нам изменить наш стиль управления, чтобы замедлить её", — говорит Шовиль.

Исследование опубликовано 19 января в журнале Molecular Biology and Evolution.