КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

 

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

---

Номер 17-76-10029

НазваниеПолоспецифичность в формировании резистентности чешуекрылых – новая фундаментальная основа для эффективной регуляции численности насекомых

РуководительПавлушин Сергей Викторович, Кандидат биологических наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт систематики и экологии животных Сибирского отделения Российской академии наук, Новосибирская обл

Период выполнения при поддержке РНФ

07.2017 - 06.2019

Конкурс№23 - Конкурс 2017 года по мероприятию «Проведение инициативных исследований молодыми учеными» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными.

Область знания, основной код классификатора 06 - Сельскохозяйственные науки, 06-104 - Агробиотехнологии

Ключевые словаРезистентность насекомых, массовые виды чешуекрылых, молекулярное сексирование, биопрепараты, тритерпеноиды, регуляция численности

Код ГРНТИ34.33.19

СтатусУспешно завершен

---

 

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

---

Аннотация
Сдерживание численности насекомых, формирующих вспышки массового размножения, представляет одну из наиболее значимых проблем для сельскохозяйственного сектора. Развитие целого ряда подходов для решения этой проблемы (т.е. агрономия, химический и биологический контроль численности, их всевозможные сочетания) является прямым доказательством ее актуальности. Для эффективного снижения численности (особенно поливольтинных видов) первостепенной целью для специалиста по защите растений являются самки насекомых, которые производят многочисленное потомство. Например, гибель 30% самцов практически не отразится на численности следующей генерации, тогда как гибель 30% самок внесет существенные коррективы в популяционную плотность следующего поколения. Давно известно, что самки ряда насекомых могут существенно отличатся по способности сопротивляться воздействию биотических, абиотических и антропогенных факторов. Тем не менее, изучение полоспецифичности в формировании резистентности насекомых к воздействию факторов среды является нетривиальной задачей. Связано это с тем, что объектом исследований специалистов по защите растений являются, как правило, личиночные стадии насекомых (приносящих основной вред для сельского и лесного хозяйства), которые фенотипически трудноразличимы (или вовсе не различимы) по полу. Ранее Траут и Марек разработали метод определения пола чешуекрылых по наличию/отсутствию полового хроматина (Traut, Marec 1997). Этот метод достаточно универсален, но, ввиду трудоемкости пробоподготовки, практически не применим к рутинным исследованиям. Также имеется ряд ограничений по использованию различных стадий онтогенеза насекомых. Не все такни насекомого можно использовать для подготовки проб. Одна из основных задач заявляемого проекта – это разработка универсального молекулярного метода определения пола для чешуекрылых насекомых. Интерес к представителям чешуекрылых насекомых определен их высокой представленностью в списке значимых видов вредителей сельского и лесного хозяйства. Будет разработан метод, основанный на определении количественного содержания фрагмента определенного гена, который локализован в половой хромосоме. Количественное содержание будет определяться с помощью ПЦР в режиме реального времени. Образцы при таком способе сексирования не будут требовать длительной подготовки перед консервацией. Такой метод обеспечит возможность работы как в полевых, так и в лабораторных условиях, и соответственно, расширит список видов для исследования. Следующая задача проекта – с помощью разработанного метода сексирования изучить полоспецифические различия в базовых параметрах резистентности ювенильных стадий развития на примере представителей массовых видов чешуекрылых насекомых. В первую очередь будут изучены параметры врожденного иммунитета, которые определяют резистентность насекомых к естественным врагам и параметры детоксицирующей системы, определяющие резистентность насекомых к защитным реакциям кормовых растений и пестицидам. Данные параметры будут изучены как в отсутствии воздействия факторов, так и под действием этих факторов (инфицирование насекомых энтомопатогенами, различное качество питания насекомых, обработка препаратами). Первая задача выглядит амбициозной, однако заявитель имеет существенный задел в данном направлении. Так, на основе биоинформатического анализа уже выбраны гены кандидаты, которые локализованы на половой хромосоме. Более того, на гусеницах непарного шелкопряда была продемонстрирована разница в концентрации целевого фрагмента этого гена между самцами и самками, что является неопровержимым доказательством потенциальной работоспособности разрабатываемого метода. Поэтому риски невыполнения поставленной задачи крайне малы, а разработанная универсальность и простота использования этого метода детекции пола чешуекрылых вызовет неизбежный интерес широкого круга исследователей к нему. Использование этого метода сексирования для рутинной полоспецифичной оценки параметров резистентности насекомых позволит по-новому взглянуть на особенности ее формирования у разных полов насекомых. Основные научные результаты данного проекта будут востребованы не только экологами и специалистами по защите растений, но и специалистами в области статистики, разрабатывающие математические модели динамики численности фитофагов, так как полоспецифическая резистентность насекомых будет вносить неэквивалентный вклад в продукцию потомства. Выполнение поставленных задач даст возможность найти «слабое звено» в механизмах резистентности самок чешуекрылых фитофагов и перераспределить акценты истребительных мероприятий для увеличения их эффективности и снижения антропогенного воздействия на окружающую среду.

Ожидаемые результаты
В ходе выполнения проекта будет разработан универсальный метод молекулярного определения пола чешуекрылых насекомых, позволяющий детектировать пол на разных стадиях развития насекомых (от яйца до имаго). Сочетание универсальности (т.е. возможность использовать этот метод для разных видов чешуекрылых насекомых) и возможности быстрой консервации образцов и их последующего длительного хранения сделает этот метод чрезвычайно востребованным для рутинных исследований в области физиологии насекомых, в том числе, при изучении воздействий различных факторов окружающей среды. На сегодняшний день, подобного метода, обладающего сочетанием вышеописанных качеств, в энтомологии не существует. Заявитель уверен, что опубликованный в международной печати методический протокол станет высокоцитируемым документом. Далее, используя разработанный метод сексирования насекомых, будет раздельно по полам изучено состояние детоксицирующей системы (активность неспецифических эстераз, глутатион-S-трансфераз) и активность процессов перикисного окисления липидов при воздействии тритерпеноидов на гусениц чешуекрылых . По нашим предварительным данным, тритерпеноиды являются одними из основных растительных природных токсикантов, детерминирующих развитие гусениц некоторых чешуекрылых. Более того, наши ранние исследования свидетельствуют о более высокой восприимчивости самок насекомых к воздействию низкого качества питания. Полученные результаты заявляемого проекта отобразят физиологические причины различий в восприимчивости к токсичному корму у разных полов. В случае выявления существенных различий между полами по состоянию детоксицирующей системы мы планируем протестировать устойчивость самцов и самок к действию химических пестицидов. Будет изучена половая дифференциация параметров резистентности насекомых, определяющих устойчивость к бактериальным биопрепаратам (на основе энтомопатогенных бактерий Bacillus thuringiensis). Нами ранее показано, что устойчивость некоторых видов чешуекрылых к энтомопатогенным бактериям может определяться не только состоянием антибактериальных ферментов насекомого (лизоцим), но и составом непатогенной микрофлоры в кишечнике (Martemyanov et al. 2016). В заявляемом исследовании мы впервые получим результаты о составе кишечной микрофлоры личиночной стадии самцов и самок и сопоставим их восприимчивость к бактериальным препаратам. Состав микрофлоры будет определен полуколичественным методом NGS секвенирования. Работы будут проводиться на таких экономически значимых видах чешуекрылых фитофагов, как непарный шелкопряд (вредитель лесов), капустная моль (с/х вредитель) и вощинная моль (вредитель пчеловодства). Таким образом, полученные в проекте результаты отобразят особенности сексуальной дифференциации в функционировании защитных систем чешуекрылых и могут быть использованы для оптимизации мероприятий по контролю численности массовых видов чешуекрылых.

---

 

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

---