Исследование, проведенное в Университете Кентукки в Колледже сельского хозяйства, продовольствия и окружающей среды имени Мартина-Гаттона, дает новое представление о проблеме, которая ежегодно обходится американским производителям кукурузы в миллиарды долларов. Работа показывает, как два печально известных вредителя, западный и северный кукурузные жуки (Diabrotica virgifera virgifera и Diabrotica barberi), переживают холодные зимы и возвращаются на следующий год, чтобы нанести новый ущерб урожаю. Исследование опубликовано в журнале Current Research in Insect Science.
Ученые выявили механизмы, лежащие в основе диапаузы, которую используют корневые вредители. Определив генетические механизмы, которые помогают яйцам насекомых «замирать» под землей на зиму и просыпаться точно к посеву, исследователи надеются заложить основу для более эффективных стратегий борьбы с вредителями.
Попав в почву, еще не имеющий органов и нервной системы крошечный зародыш удивительным образом закрепляется на месте в ожидании тепла. Когда весной условия улучшаются, он просыпается и вылупляется как раз к тому времени, когда вокруг появляются лакомые корни кукурузы. Диапауза — это явление, похожее на спячку, и у этого вида она заключается в том, что яйца остаются в состоянии покоя в почве примерно девять месяцев. В течение этого времени эмбрионы приостанавливают все энергозатратные процессы и включают встроенные защитные функции, которые помогают им переносить холод.
Исследование состояло из двух частей. Во-первых, ученые изучили вопрос с точки зрения фундаментальной науки, пытаясь детально установить, как насекомые переживают зиму в состоянии диапаузы. Во-вторых, они сосредоточились на экономической стороне, поскольку кукурузный жук-щелкун ежегодно наносит аграриям значительные убытки, и диапауза — основная причина сложности борьбы с ним.
Кукурузные жуки даже на стадии эмбриона синхронизируют свой жизненный цикл с графиком посадки, отключая режим спячки ровно тогда, когда появляется возможность питаться молодыми корнями. Поняв, как эти вредители регулируют свою диапаузу на генетическом уровне, ученые могут найти способы нарушить этот процесс.
Поскольку для завершения нормального цикла диапаузы у корневых червей обычно требуется до шести месяцев имитации зимы, разведение их в лаборатории — медленный процесс, который сдерживает попытки ученых протестировать инсектициды или генетические методы борьбы.
Учеными рассматривается технология «подавления генов», которая должна ослабить способность корневых вредителей переносить зиму. Было установлено, что, когда взрослые насекомые поглощают определенные молекулы РНК, эти молекулы попадают в яйца и могут нарушать транскрипцию генов. Если в ходе будущих исследований будут выявлены гены, отвечающие за диапаузу, это откроет путь для создания новых средств борьбы с вредителями, которые будут отключать встроенные в яйца системы выживания. Хотя такого решения пока нет, оно представляет собой экологически чистый путь, который однажды может помочь ограничить ущерб, наносимый этими вредителями кукурузным полям без отравления окружающей среды ядохимикатами.
Ученые обнаружили, что в некоторых регионах у яиц кукурузных жуков может развиться длительная двухлетняя диапауза. В результате даже профилактический «отдых» кукурузного поля в течение сезона не избавляет его от вредителей. Авторы статьи сравнивают это с продлением беременности у человека на 10 лет. Такой биологический феномен подчеркивает жизнестойкость насекомых и дополнительно осложняет борьбу с ними. Это лишний раз говорит в пользу генетических методов нейтрализации вредителей.
Об удивительном примере противостояния паразитизму в мире насекомых читайте в материале про бесстрашную мушку-дрозофилу.
