Большой геном обнаружен в крошечном лесном дефолиаторе
Европейский цыганский мотылек (EGM) является, пожалуй, самым известным инвазивным насекомым в стране — неродным видом, случайно завезенным в Северную Америку в 1860-х годах, когда немногие сбежали из эксперимента по размножению в пригороде Бостона. С тех пор гусеницы медленно поедают по всему континенту, вызывая широкое распространение дефолиации.
В исследованиях, которые могут привести к улучшению биоинсектицидов для защиты лесов и садов, д-р. Дон Гаммон и Ник Гришин из Юго-Западного Юта упорядочили геномы EGM и его еще более разрушительного кузена, азиатского цыганского мотылька (AGM). Их работа, опубликованная в Слушаниях Национальной академии наук , обнаруживает, что у цыганской бабочки самый большой геном моли или бабочки (количество пар оснований ДНК), когда-либо секвенированных.
«Европейский цыганский мотылек распространился так далеко на запад, как Миннесота, и так же далеко на юг, как Северная Каролина. Довольно медленное распространение — около 13 миль в год — отчасти связано с тем, что самки внеочередного полового созревания являются бескрылыми и должны ходить или быть взорванными ветер, чтобы рассеяться, «сказал доктор Гэммон, доцент кафедры микробиологии и WW Caruth, младший ученый в области биомедицинских исследований. «В отличие от этого, самки подвидов азиатских цыган, обитающих в Азии и на востоке России, имеют более крупные и развитые крылья и могут летать».
Если азиатский цыганский мотылек будет создан в Соединенных Штатах, это создаст еще большую экономическую угрозу из-за его способности распространяться быстрее, добавил он. Чтобы избежать этой возможности, министерство сельского хозяйства США осуществляет программы наблюдения в нескольких портах и регулярно распыляет биоинсектициды на основе вирусов в находящихся под угрозой исчезновения лесах, чтобы убить гусениц цыганского мотылька.
В дополнение к секвенированию генома, исследователи провели исследования экспрессии генов, показывающие, как гены моли отвечают на вирусную инфекцию, чтобы понять, как можно улучшить вирусные биоинсектициды для контроля популяций цыган. По словам исследователей, их результаты могут послужить дорожной картой для уязвимости насекомых. Они также идентифицировали генетические различия между подвидом EGM и AGM, которые, вероятно, вносят вклад в различия в летной способности, химическом зондировании и взаимодействиях патогенов.
Доктор Гаммон заинтересовался цыганами во время своей постдокторской работы в лаборатории нобелевского лауреата доктора Крейга Мелло в Медицинской школе Университета Массачусетса.
В исследовании, проведенном в 2014 году в журнале eLife , доктор Гаммон сообщил, что клетки непарного шелкопряда поразительно устойчивы к арбовирусам, которые в ином случае инфицируют широкий спектр типов клеток мух, комаров и человека. Учитывая возникающую угрозу арбовирусов, таких как Зика, для здоровья человека, доктор Гаммон стремился понять генетические причины устойчивости клеток цыганского мотылька в надежде найти новые стратегии для блокирования арбовирусной инфекции у других видов.
Однако геном цыганской моли не был секвенирован, что является четкой предпосылкой для выявления противовирусных факторов, кодируемых моли. Вскоре после того, как ему предложили должность преподавателя в UT Southwestern в 2016 году, доктор Гаммон спросил доктора Гришина, профессора биофизики и биохимии и исследователя Медицинского института Говарда Хьюза (HHMI), могут ли они сотрудничать. В то время группа доктора Гришина только что определила два новых вида бабочек и секвенировала геномы нескольких других.
Это сотрудничество привело к сегодняшнему исследованию, проведенному с лауреатом Киотской премии доктором Даниэлем Джанзеном, профессором биологии в Университете Пенсильвании, который всемирно известен своим опытом в эволюционной экологии. Приз Киото считается высшей частной честью Японии за глобальные достижения в области победителя.
«Каждый на северо-востоке Соединенных Штатов знает европейскую цыганскую моль или, по крайней мере, знаком с разрушением, которое ее голодная голодная гусеница может причинить лесам», — сказал доктор Гаммон.
Следующие шаги должны включать функциональные исследования, чтобы понять, как работают гены, считают исследователи.
«С теоретической точки зрения, мы хотели бы понять, как биологическое разнообразие создается с помощью механизмов эволюции белка», — сказал д-р Гришин, заведующий кафедрой биологии и медицины Сесила Х. и Иды М. Грин и являющийся ученым из Вирджинии Мерчисон Линтикум. в области биомедицинских исследований.
