ИСТИНА |
Войти в систему Регистрация |
|
ИПМех РАН |
||
Экологическое и цитогенетическое исследование паразитических и растительноядных перепончатокрылых – весьма многочисленных, но относительно слабо изученных представителей одного из крупнейших отрядов насекомых.
A substantially growing number of ecological and cytogenetic studies of parasitoid and phytophagous Hymenoptera is currently observed. This is apparently due to an obvious understanding of the importance and prospects of this topic by the scientific community in both basic (a study of ecological interactions and karyotype evolution of large groups of insects) and applied aspects (use of ecological features and chromosomal characters for revealing the community structure and recognizing closely related species of herbivores and parasitoids, including both serious pests of agriculture and forestry as well as their natural enemies which effectively control these pests). An increased interest towards comparative karyotypic study of parasitoid and phytophagous Hymenoptera can partly be explained by the lack of substantial environmental modification of chromosomal characters, together with molecular ones. For example, this allows to demonstrate that many widely distributed parasitoids, in fact, represent groups of cryptic species which are often highly specialized. Nevertheless, other research groups apparently do not consider collective use of ecological and chromosomal characters of parasitoid and phytophagous Hymenoptera. At the same time, we are the world-class experts on the chromosomal study of parasitoid Hymenoptera, which will be performed using modern techniques of chromosomal analysis. A cytogenetic study of a very diverse, taxonomically complicated and economically important group of insects, i.e., parasitoid and phytophagous Hymenoptera (parasitic and gall wasps as well as sawflies), will be performed during implementation of the project. For the karyotypic study, morphometric analysis of chromosomes, various techniques of differential staining (C-banding, staining with base-specific fluorochromes) as well as DNA hybridization in situ (FISH) with molecular probes will be used. Phenological features and feeding specialization of parasitoid and phytophagous species of Hymenoptera, including those detected using chromosomal markers, will also be subjected to thorough research and analysis by e.g. cultivation in the lab and rearing from the hosts.
В ходе выполнения проекта будет проведено цитогенетическое и экологическое изучение нескольких десятков видов паразитических и растительноядных перепончатокрылых (наездников, орехотворок и пилильщиков). Для этих исследований будут использованы современные методы анализа структуры кариотипа и экологических особенностей указанных представителей отряда Hymenoptera. Полученная информация будет использована для выявления различий по структуре кариотипа между неродственными таксонами со сходным образом жизни, между близкими видами, а также для определения направлений хромосомной эволюции паразитических и растительноядных представителей данного отряда. Кроме того, будет описана и уточнена структура ряда сообществ паразитических и растительноядных перепончатокрылых. Наконец, эти данные облегчат идентификацию таксономически сложных групп вредных насекомых и их энтомофагов, а также помогут разработать практические мероприятия по управлению численностью их популяций. Планируется, что результаты рассматриваемых исследований будут соответствовать мировому уровню в области изучения перепончатокрылых.
В настоящее время наблюдается существенный рост объема научных исследований, посвященных экологическому и цитогенетическому изучению паразитических и растительноядных перепончатокрылых. Это, очевидно, объясняется отчетливым осознанием со стороны научного сообщества важности и перспективности данной тематики как в фундаментальном, так и в практическом плане. Нам принадлежит мировой приоритет в области хромосомного исследования паразитических Hymenoptera. Этот приоритет подкрепляется тем, что изучение кариотипов наездников и пилильщиков осуществляется нами с использованием таких современных методов хромосомного анализа, как дифференциальная окраска с применением базоспецифических флуорохромов и FISH. Экологические исследования перепончатокрылых, прежде всего предусматривающие анализ стратегий жизненного цикла тех или иных видов, также выполняются нами на современном уровне. Поскольку у нашей группы имеется серьезный задел и все основные возможности для выполнения намеченных целей и задач настоящего исследования, мы можем уверенно предполагать, что эти цели и задачи будут успешно выполнены. Ныне в ряде стран, прежде всего в Бразилии, ведутся активные исследования по хромосомному анализу жалящих перепончатокрылых. Что же касается паразитических Hymenoptera, то изучение их кариотипов в последние годы проводилось в США, Китае, Румынии, Иране и Турции, однако оно было ограничено немногими видами. Примерно такая же ситуация наблюдается и с пилильщиками, хромосомы которых несколько десятилетий назад интенсивно изучались в Японии и Германии, а сейчас эти исследования практически сошли на нет. Таксономическая структура и экологические особенности сообществ паразитических и растительноядных перепончатокрылых в настоящее время подвергается интенсивному изучению во многих странах мира. При этом, данные насекомые зачастую подвергаются молекулярно-генетическому исследованию, однако хромосомный анализ практически не используется для характеристики тех или иных видов и/или популяций.
грант РНФ |
# | Сроки | Название |
1 | 1 января 2023 г.-31 декабря 2023 г. | Экологическое и цитогенетическое исследование паразитических и растительноядных перепончатокрылых |
Результаты этапа: За отчетный период намеченный план работы выполнен. Собрано, смонтировано, исследовано и определено более 100 экземпляров паразитических и растительноядных перепончатокрылых - представителей весьма богатого видами, разнообразного и таксономически сложного отряда. В ряде случаев определение материала потребовало изучения первоописаний некоторых видов с последующей сверкой с современными публикациями, выяснением видовой синонимии и переработкой существующих определительных ключей, а также исследования материалов из коллекций Зоологического института РАН и Зоологического музея МГУ. С помощью обычной окраски, морфометрического анализа и окрашивания базоспецифическими флуорохромами изучены хромосомы более 20 видов перепончатокрылых, относящихся к семействам Xyelidae, Argidae, Tenthredinidae, Cimbicidae, Braconidae и Pteromalidae из природных популяций и лабораторных культур. Проведено сравнение видового состава и особенностей экологии Aulacidea hieracii и Isocolus scabiosae - двух видов орехотворок-галлообразователей (Cynipidae), а также их паразитоидов, относящихся к семействам Eupelmidae, Eurytomidae, Ormyridae, Torymidae и Pteromalidae. Отмечено несоответствие между имеющимися литературными данными о структуре кариотипа некоторых пилильщиков семейства Argidae и вновь полученными нашими результатами, что может свидетельствовать о присутствии криптических видов. Сдан в печать и опубликован обзор, в котором рассмотрены особенности современного этапа изучения кариотипов перепончатокрылых насекомых с точки зрения соотношения между "традиционными" и "современными" методами хромосомного исследования. Показано, что на данном этапе, начало которого, очевидно, приходится на 2000-е годы, в дополнение к обычной окраске хромосом, их морфометрическому анализу и традиционным методам дифференциальной окраски, все возрастающее число кариотипов представителей данного отряда подвергается изучению с помощью методов молекулярной генетики, в частности, окрашивания базоспецифическими флуорохромами и флуоресцентной гибридизации in situ (FISH), включая микродиссекцию и хромосомный пэйнтинг. Продемонстрировано, что сопоставление хромосомного анализа и исследования содержания ДНК в ядре дает возможность более точно определить особенности геномной эволюции в различных группах перепончатокрылых. Показано, что 4',6-диамидино-2-фенилиндол (DAPI), связывающийся с AT-парами оснований ДНК, более или менее гомогенно окрашивает хромосомы этих насекомых, за возможным исключением ядрышкообразующих районов (ЯОР), которые обычно обогащены GC-парами и поэтому окрашиваются хромомицином A3 (CMA3). Тем не менее, в кариотипах ряда видов выявлены многочисленные CMA3-положительные сегменты, причем по крайней мере некоторые из них не являются ЯОР. Так или иначе, надежное выявление ЯОР на хромосомах перепончатокрылых возможно с помощью FISH, использующей в качестве зонда полную или частичную последовательность большой транскрипционной единицы рибосомной ДНК (обычно 45S или 18S рДНК). FISH также продемонстрировала, что гетерохроматин содержит повторяющиеся последовательности ДНК, которые, в том числе, могут отличаться у близких видов и родов перепончатокрылых. На этой же методике основан т.н. хромосомный пэйнтинг, который в сочетании с микродиссекцией делает возможным исследование некоторых особенностей хромосомной эволюции рассматриваемого отряда. В частности, центромеры различных хромосом могут отличаться друг от друга по составу ДНК даже в пределах кариотипа одного и того же вида. Кроме того, использование микродиссекции и хромосомного пэйнтинга позволило идентифицировать каждую из пяти морфологически сходных хромосом в гаплоидном наборе Nasonia vitripennis (Pteromalidae). Изучение кариотипов Hymenoptera с использованием современных методов дает возможность обнаружить и описать т.н. супергены - группы тесно связанных локусов, которые совместно наследуются, контролируют развитие комплексных фенотипов и обычно характеризуются пониженной рекомбинацией в мейозе. Хотя исходным для перепончатокрылых, очевидно, является теломерный мотив TTAGG, проведенные исследования показывают беспрецедентное разнообразие теломерных повторов в пределах данного отряда, причем эти повторы обычно чередуются с ретротранспозонами типа SART. Одной из причин такого разнообразия, вероятно, является то, что биогенез коротких теломеразных РНК, которые, в свою очередь, служат шаблоном для синтеза теломерных повторов, у представителей Hymenoptera идет по пути, характерному не для других животных, а для зеленых растений и некоторых одноклеточных организмов. Перечислены основные базы данных с информацией о кариотипах различных групп перепончатокрылых и показана важность этих источников для успешных хромосомных исследований. С учетом результатов, полученных с помощью полногеномного секвенирования и других молекулярно-генетических методов, наряду с использованием больших массивов данных (“big data”), сделан вывод о том, что нынешний этап изучения хромосом Hymenoptera, очевидно, представляет собой переход от цитогенетического к цитогеномному исследованию данного отряда. Сдана в печать и опубликована сводка, посвященная нынешнему состоянию и перспективам исследования кариотипов перепончатокрылых, относящихся к подотряду сидячебрюхих (Symphyta), или рогохвостов и пилильщиков. Даны подробные характеристики хромосомных наборов различных надсемейств и семейств сидячебрюхих - Xyeloidea (Xyelidae), Pamphiloidea (Megalodontesidae и Pamphiliidae), Tenthredinoidea (Pergidae, Argidae, Heptamelidae, Diprionidae, Cimbicidae и Tenthredinidae), Cephoidea (Cephidae) и Siricoidea (Siricidae). Впервые описаны хромосомы Xyela julii (2n = 50), относящегося к семейству Xyelidae - наименее продвинутой группе отряда Hymenoptera, что позволило реконструировать предковый кариотип перепончатокрылых. Кроме того, впервые изучены хромосомы пяти других видов пилильщиков - Abia fasciata (n = 16; Cimbicidae), Dolerus eversmanni, D. gonager (у обоих n = 8), Empria sexpunctata (n = 13) и E. pallimacula (n = 10, Tenthredinidae). Для большинства видов Symphyta, как и для многих других перепончатокрылых, характерна арренотокия, но у некоторых сидячебрюхих отмечена диплоидная и даже триплоидная телитокия. С другой стороны, инбридинг в популяциях арренотокических видов пилильщиков может привести к появлению диплоидных (а в лабораторных условиях - и триплоидных) самцов. Гаплоидное число хромосом у исследованных представителей сидячебрюхих может изменяться от n = 5 до n = 35, но анцестральное значение этого признака, очевидно, близко к n = 25. В составе кариотипов большинства Symphyta преобладают метацентрики и субметацентрики, однако в хромосомных наборах видов с высоким числом хромосом часто присутствуют субтелоцентрики и/или акроцентрики. В ходе эволюции кариотипа многие представители Symphyta сохраняли высокие значения n, однако в надсемействе Tenthredinoidea произошло снижение этого показателя до n = 10 и ниже. Показано, что Dolerus obscurus, очевидно, не является подвидом D. eversmanni, как считалось ранее, поскольку у них соответственно обнаружено n = 7 и 8. Продемонстрировано, что близкие виды пилильщиков с одинаковыми хромосомными числами зачастую различаются по другим особенностям структуры кариотипа, прежде всего по соотношению размеров хромосом. Перечислены виды Symphyta, кариотипы которых изучены с использованием как "традиционных" (C- и AgNOR-окраска), так и "современных" методик хромосомного исследования (окрашивание базоспецифическими флуорохромами, гибридизация ДНК in situ). В частности, с использованием методов цитогенетики и биоинформатики показано, что теломерный мотив TTAGG, характерный для многих насекомых, но отсутствующий у большинства перепончатокрылых, обнаружен у пилильщиков, относящихся к семействам Tenthredinidae, Cephidae и Orussidae. Перспективные направления хромосомного исследования сидячебрюхих, очевидно, связаны с детальным изучением структуры кариотипа этих насекомых, включая составление кариограмм и морфометрический анализ хромосом, а также с исследованием хромосомных наборов рогохвостов и пилильщиков с помощью методов молекулярной цитогенетики. |
Для прикрепления результата сначала выберете тип результата (статьи, книги, ...). После чего введите несколько символов в поле поиска прикрепляемого результата, затем выберете один из предложенных и нажмите кнопку "Добавить".