Wrodzona bezpłodność u owadów

Wrodzona bezpłodność u owadów jest wywoływana substerylizującymi dawkami promieniowania jonizującego . Kiedy częściowo bezpłodne samce kojarzą się z dzikimi samicami, szkodliwe efekty wywołane promieniowaniem są dziedziczone przez F1 Pokolenie. W rezultacie wylęganie się jaj jest ograniczone, a powstałe potomstwo jest zarówno wysoce bezpłodne, jak i przeważnie męskie. W porównaniu z wysokim promieniowaniem wymaganym do osiągnięcia pełnej sterylności u Lepidoptera, niższa dawka promieniowania zastosowana do wywołania sterylności F1 zwiększa jakość i konkurencyjność uwolnionych owadów, mierzoną lepszym rozproszeniem po uwolnieniu, zwiększoną zdolnością do krycia i lepszą konkurencją plemników.

Historia

Programy zintegrowanej ochrony przed szkodnikami na całym obszarze, wykorzystujące technikę sterylnych owadów (SIT) jako składnik, okazały się skuteczne w zwalczaniu wielu much szkodników lub muchówek, takich jak ślimak z Nowego Świata , Cochliomyia hominivorax , różne gatunki muszek owocowych z rodziny Tephritidae i muchy tse-tse ( Glossinidae). Jednak większość ćmy lub motyli są bardziej odporne na promieniowanie niż muchówki, w związku z czym wyższa dawka promieniowania wymagana do całkowitej sterylizacji motyli zmniejsza ich wydajność w terenie. Jednym ze sposobów obejścia negatywnych skutków związanych z wysoką radioodpornością Lepidoptera było zastosowanie sterylności odziedziczonej lub sterylności F1, po raz pierwszy udokumentowanej w badaniach nad jabłkownicą ( Cydia pomonella ). Odziedziczona bezpłodność została również udokumentowana w Hemiptera .

Jedwabnik Bombyx mori (Lepidoptera: Bombycidae ) był pierwszym owadem, u którego odnotowano odziedziczoną bezpłodność. Następnie odziedziczoną bezpłodność odnotowano u woskówki większej Galleria mellonella (Lepidoptera: Pyralidae ), jabłkowniczki Cydia pomonella (Lepidoptera: Tortricidae ), u mlecznika Oncopeltus fasciatus (Hemiptera: Lygaeidae ), u Gonocerus sharpangulatus (Hemiptera: Coreida ), w Rhodnius prolixus (Hemiptera: Reduviidae ) oraz u przędziorka Tetranychus urticae ( Acari : Tetranychidae ).

Podstawa genetyczna

Mechanizmy, dzięki którym mutacje powodują śmiertelność muchówek w rozwijającej się zygocie, są dobrze udokumentowane. Pierwotną zmianą prowadzącą do dominującej mutacji śmiertelnej jest pęknięcie chromosomu, w tym przypadku wywołane promieniowaniem. Kiedy pęknięcie jest indukowane w chromosomie dojrzałego plemnika, pozostaje on w tym stanie, dopóki plemnik nie dostanie się do komórki jajowej. Po fuzji rozpoczynają się podziały jądrowe, a przerwa w chromosomie może mieć drastyczny wpływ na żywotność zarodka w miarę postępu rozwoju. Podczas wczesnej profazy uszkodzony chromosom ulega normalnej replikacji, ale podczas metafazy złamane końce mogą się łączyć, prowadząc do powstania chromosomu dicentrycznego i fragmentu acentrycznego . Fragment acentryczny jest często tracony, podczas gdy fragment dicentryczny tworzy most w anafazie , prowadząc do kolejnego pęknięcia chromosomu. Cały ten proces następnie się powtarza, prowadząc do nagromadzenia poważnych zaburzeń równowagi w informacji genetycznej komórek potomnych. Nagromadzenie tego genetycznego uszkodzenia ostatecznie prowadzi do śmierci zygoty).

Rzędy Diptera, Hymenoptera i Coleoptera można sklasyfikować jako wrażliwe na promieniowanie, podczas gdy rzędy Lepidoptera, Homoptera i roztoczy (Acari) są odporne na promieniowanie. Główną różnicą między tymi dwiema grupami owadów jest to, że pierwsza grupa ma zlokalizowany centromer ( monokinetyczny ), podczas gdy druga ma rozproszony centromer ( holokinetyczny) . ). Jednak nowsze prace sugerują, że chromosomy Lepidoptera są pośrednie między chromosomami holokinetycznymi i monocentrycznymi. W każdym razie uważa się, że różnica centromerów odgrywa główną, choć nie wyłączną, rolę we wrażliwości na promieniowanie. Zasugerowano, że możliwe mechanizmy molekularne odpowiedzialne za wysoką oporność na promieniowanie u Lepidoptera mogą obejmować indukowalny system odzyskiwania komórek i sondy do naprawy DNA.

Lepidoptera również nie wykazują klasycznego cyklu pęknięcie-fuzja-mostek , który jest charakterystyczny dla dominujących śmiercionośnych indukowanych u Diptera. Wydaje się, że chromosomy Lepidoptera mogą tolerować utratę telomerów bez drastycznych skutków, jakie ma to dla chromosomów innych rzędów. Chromosomy Lepidoptera posiadają zlokalizowaną kinetochorową , do której mikrotubule wrzeciona przyłączają się podczas podziału komórki. Płytki kinetochorowe są duże i pokrywają znaczną część długości chromosomu, zapewniając, że więcej pęknięć wywołanych promieniowaniem nie doprowadzi do utraty fragmentów chromosomów, co jest typowe dla gatunków z chromosomami monocentrycznymi. U gatunków z dużymi płytkami kinetochoru fragmenty mogą utrzymywać się przez wiele mitotycznych podziałów komórkowych, a nawet mogą być przenoszone przez komórki rozrodcze do następnego pokolenia. Płytki zmniejszają również ryzyko śmiertelności spowodowanej tworzeniem się chromosomów dicentrycznych, fragmentów acentrycznych i innych niestabilnych aberracji.

Zastosowanie w terenie

Sterylne potomstwo F1 wyprodukowane na polu zwiększa skuteczność uwolnionych częściowo sterylnych samców i poprawia kompatybilność z innymi strategiami zwalczania szkodników. Na przykład obecność sterylnego potomstwa F1 może być wykorzystana do zwiększenia gromadzenia się naturalnych wrogów na polu. Ponadto sterylne potomstwo F1 można wykorzystać do badania potencjalnego żywiciela i zasięgu geograficznego egzotycznych szkodników z rzędu Lepidoptera.

Programy polowe uwalniające napromieniowane ćmy w ramach podejścia SIT lub odziedziczonej sterylności działają od lat 60. XX wieku. Różowy robaczek, Pectinophora gossypiella jest skutecznie powstrzymywany od 1969 r. na obszarach bawełnianych w dolinie San Joaquin w Kalifornii i jest skutecznie zwalczany na obszarach bawełnianych w południowo-zachodnich Stanach Zjednoczonych i północno-zachodnim Meksyku. Od wczesnych lat 90. XX wieku ćma jabłuszka jest skutecznie zwalczana na obszarach produkcji jabłek i gruszek w dolinie Okanagan w Kolumbii Brytyjskiej w Kanadzie, a kraje takie jak Argentyna, Brazylia i RPA mają plany lub programy przeciwko temu szkodnikowi. Nowa Zelandia wyeliminowała ogniska australijskiej ćmy jabłkowej, Teia anartoides . Meksyk wyeliminował ogniska ćmy kaktusowej, Cactoblastis cactorum a USA powstrzymują swój postęp wzdłuż wybrzeża Zatoki Meksykańskiej. Republika Południowej Afryki ma program zwalczania ćmy jabłuszka jabłuszka, Thaumatotibia leucotreta w sadach cytrusowych. Zwalczanie większości szkodników ćmy jest utrudnione przez zwiększoną odporność na najczęściej stosowane insektycydy o szerokim spektrum działania; stąd potencjał rozszerzonego wdrożenia odziedziczonej bezpłodności w ramach zintegrowanego podejścia obejmującego cały obszar jest znaczny.

Zobacz też

Uwagi i odniesienia

Linki zewnętrzne