Новости

26 октября, 2018 16:32

«Важно изучить механизмы защиты от вируса, которые используют сами растения»

Источник: ТАСС - Чердак
Почти тысячу гектаров реликтовой лиственницы острова Ольхон на Байкале летом 2018 г. уничтожил лесной вредитель непарный шелкопряд (Lymantria dispar). Специалисты говорят, что еще в прошлом году популяция этого насекомого была в три раза меньше. На будущий год ситуация может стать критической, ведь один непарный шелкопряд откладывает до 500 яиц. Лиственница далеко не единственная пища непарного шелкопряда. В его рационе более 500 видов деревьев, растущих на территории Азии, Европы, Японии, Северной Америки и Северной Африки. Это насекомое считается одним из самых известных лесных вредителей во всем мире, его аппетиты наносят ощутимый экономический ущерб многим странам. Старший научный сотрудник лаборатории экологической паразитологии Института систематики и экологии животных СО РАН Вячеслав Мартемьянов рассказал, как можно победить шелкопряда.
Фото: сбор насекомых совместно с японскими коллегами. Источник: Вячеслав Мартемьянов

[Ch.]: Традиционный способ борьбы с непарным шелкопрядом – увидел, пришел/прилетел/приехал и обработал. Что не так с этой схемой?

[ВМ]: К сожалению, если увидеть съеденные сотни тысяч гектаров леса можно всегда, то добраться до этих очагов порой нет возможности. Например, в Республике Алтай вспышки численности непарного шелкопряда происходят постоянно, но даже при наличии современных инсектицидов бороться с этой проблемой специалисты зачастую не могут: территории труднодоступны как для наземного транспорта и самолетов, так и для пеших «прогулок». Вот и остается просто смотреть, как погибает лес.

ВАЖНО: В период вспышки численности непарного шелкопряда плотность насекомых на одно дерево достигает 10 000 гусениц, а по России повреждается порядка 1 млн гектаров леса в год. Человек тоже страдает от действий насекомого: взрослые бабочки непарного шелкопряда могут вызвать аллергическую реакцию. Сильным аллергеном являются чешуйки на брюшке насекомого, которые самки счесывают, чтобы укрыть яйцекладку.

В нашем институте создан и успешно опробован ряд биопрепаратов против гусениц непарного шелкопряда, шелкопряда-монашенки, личинок рыжего соснового пилильщика и др. на основе бакуловирусов, однако они, как и многие биоинсектициды, не лишены недостатков и нуждаются в усовершенствовании и модификации технологии применения.


Фото: Вячеслав Мартемьянов (крайний слева) – кандидат биологических наук, старший научный сотрудник лаборатории экологической паразитологии Института систематики и экологии животных СО РАН.
Источник: Вячеслав Мартемьянов

Задача текущего вирусологического проекта лаборатории экологической паразитологии ИСиЭЖ СО РАН, поддержанного Российским научным фондом, – создать вирусный препарат (препарат на основе вируса, поражающего насекомое в природе), обработка которым не приведет к массовому и мгновенному уничтожению непарного шелкопряда, но позволит вирусу закрепиться в популяции вредителя и инфицировать будущее потомство, тем самым регулируя количество особей.

ВАЖНО: В проект вовлечены генетики, биологи, молекулярные биологи с разных континентов: Токийский университет сельского хозяйства, Всероссийский научно-исследовательский институт защиты растений (Санкт-Петербург), Институт водных и экологических проблем ДВО РАН (Хабаровск), Институт цитологии и генетики СО РАН (Новосибирск), Лесная служба США, а в ближайшее время подключится Лесная служба Канады.


Фото: горный Алтай. Слева массив леса, объеденный непарным шелкопрядом (хорошо видно по цвету). Источник: Вячеслав Мартемьянов

[Ch.]: Какой вирус станет основой для будущего препарата против непарного шелкопряда и как он будет действовать? Что за суперспособность позволит ему регулировать популяцию вредителя?

[ВМ]: Мы работаем с естественным энтомопатогеном (заболеванием, которому подвержено насекомое) непарного шелкопряда – вирусом ядерного полиэдроза. В мире существуют препараты на основе этого вируса, но в них используется только одна его жизненная стратегия – открытая. Она приводит к быстрой гибели большей части популяции непарного шелкопряда, т.е. вирус убивает жертву «в открытую». Такие препараты подходят для массовой обработки – распыляются на тысячи гектаров леса и в течение непродолжительного времени уничтожают насекомое.

Нас же интересует второй тип жизненной стратегии вируса (не самый популярный среди исследователей) – скрытый. В этом случае в оптимальных условиях вирус не приводит к гибели хозяина, однако, никак не проявляясь, сохраняется в организме хозяина и передается его потомству. В острую же форму переходит только при воздействии на хозяина стресс-факторов, например голодания, или воздействия погодных факторов. Мы считаем, что эта стратегия будет более эффективна, т.к. позволит распространить вирус в популяции за счет естественной миграции насекомых, т.е. “насытить” популяцию скрытым вирусом и сделать ее более уязвимой для действия факторов среды. При этом не будет необходимости массового распыления –достаточно микроочагового внесения препарата.


Фото: вирус ядерного полиэдроза. Электронно-просвечивающая фотография. На срезе видны белковые включения (большие полиэдрические образования) и вирионы вируса (более мелкие палочковидные образования), которые заключаются внутрь белка при созревании вируса. Источник: Вячеслав Мартемьянов

ВАЖНО: Основной способ миграции непарного шелкопряда – попутный ветер. Мохнатые и легкие гусеницы с высокой парусностью выпускают шелковую нить, которую подхватывает ветер – так они могут перемещаться, по нашим последним данным, на десятки километров. В зависимости от территории этот способ передвижения может модифицироваться. Например, на Горном Алтае гусеницы собираются в так называемые одеяльца и мигрируют группой по 1000 насекомых. По-настоящему летают самки только азиатской популяции непарного шелкопряда. Именно их во всем мире боятся больше всего. США и Канада, например, тратят огромные средства на портовые карантинные службы, которые больше похожи на высокотехнологичные научно-исследовательские лаборатории. Каждый грузовой танкер тщательно проверяется на предмет яйцекладок, имаго и бабочек непарного шелкопряда, и если такие следы найдены, то проводят дезинфицирующие мероприятия, а могут и вовсе развернуть корабль обратно. Но, как свидетельствуют недавние косвенные генетические доказательства, данный «замок» закрыт не идеально и, вероятно, незаконные эмигранты в США и Канаде есть не только среди людей. Этот факт вызывает большую обеспокоенность служб леса этих государств.


Фото: яйцекладка самки непарного шелкопряда. Источник: Вячеслав Мартемьянов

У нас уже собрана коллекция штаммов вируса ядерного полиэдроза и популяции непарного шелкопряда с различных территорий – от Японии до Европы, а также – коллекция штаммов вируса, полученных при совместной работе с Американской лесной службой Департамента сельского хозяйства США. Так как открытая и скрытая формы инфекции определяются диаметрально противоположной эволюцией способов нападения вируса на насекомое – в случае открытой инфекции эволюция идет по пути усиления вирулентных свойств (уровня болезнетворности вируса), скрытая форма, наоборот, предполагает их снижение, – то для разработки желаемого препарата нам нужно выявить и изучить экологические и молекулярные механизмы функционирования этих жизненных стратегий энтомопатогенного вируса.

Наши ближайшие задачи – проверить, какие генотипы штамма американского вируса (высоко- или низковирулентные) будут лучше цепляться за насекомых и как хорошо будет наследоваться вирус в потомстве. Следующий этап проведут наши японские коллеги – с помощью RNA-seq-технологий (транскриптомное секвенирование) они протестируют высоко- и низковирулентные генотипы на клеточных линиях, полученных от непарного шелкопряда.

 

Фото: чтобы в лабораторных условиях определить летальную для насекомого дозу вируса, штаммы вируса наносят на листья березы, высушивают и затем штампуют на «порции». Накормить ими нужно тысячи гусениц, определив летальные дозы для каждого исследуемого варианта. Источник: Вячеслав Мартемьянов

Кроме того, в свете недавно опубликованной канадскими учеными статьи сформировалась дополнительная задача – разработать метод «генетического слежения» за популяциями шелкопряда с использованием одиночных нуклеотидных замен в ядерных генах. В рамках этого сотрудничества мы планируем разработать и широко опробовать высокоинформативный метод для слежения за эволюционными событиями в популяциях непарного шелкопряда на протяжении всего ареала.

[Ch.]: Мы говорим о борьбе человека с вредителями за ресурс – лес, а сами деревья как-то борются с насекомыми за свою жизнь?

[ВМ]: Деревья отлично распознают насекомых – например, реакция на сосущих и грызущих вредителей у них совершенно разная: растения быстро включают те защитные функции, которые в данном случае наиболее эффективно сработают. Человек может использовать в своих целях знание законов, на которых строятся эти отношения. В недавнем исследовании, которое мы проводили с Институтом химической биологии и фундаментальной медицины СО РАН (Новосибирск) и Институтом органической химии СО РАН (Новосибирск), мы показали, как меняется восприимчивость непарного шелкопряда к вирусным и бактериальным препаратам в зависимости от условий весны, а именно – условий питания только что вылупившихся гусениц.


Фото: зараженный вирусом ядерного полиэдроза непарный шелкопряд. Покровы насекомого представляют собой органическое вещество - хитин, который расщепляется под действием хитиназы вируса, в результате чего хитин легко повреждаются и вирус выходит наружу. Источник: Вячеслав Мартемьянов

Дело в том, что начало питания гусениц непарного шелкопряда приурочено к распусканию листьев кормового растения – березы. Однако в Сибири часто наблюдаются весенние похолодания, которые приводят к фенологическому разрыву (рассинхронизации) в развитии насекомых и растения. Это происходит из-за различий в их минимальном температурном пороге развития: в период весеннего похолодания листья березы худо-бедно распускаются, а вот гусеницы непарного шелкопряда пребывают в оцепенении, и после наступления теплой погоды начинают питание с задержкой, т.е. более зрелыми листьями. Качественный состав зрелых листьев отличается от молодых – например, в них меньше белка и, как показали недавние исследования, больше токсических тритерпеноидов (сложные производные изопрена).

Сначала мы показали, что при таких фенологических изменениях существенно снижается жизнеспособность насекомых, а позже – что чувствительность гусениц непарного шелкопряда к инфицированию узкоспециализированным бакуловирусом увеличивается, когда насекомые «отставали» от развития кормового растения. В тоже время чувствительность гусениц к более широкоспециализированным бактериям, наоборот, снижалась при питании более зрелыми листьями (вот публикация по этому поводу). Результатом работы стали рекомендации по выбору соответствующих биопрепаратов при обработке насекомых в зависимости от погодных условий весны: если весна холодная, то лучше обрабатывать вредителя вирусными препаратами, а если «дружная» – бактериальными. Т.е. без лишних затрат таким нехитрым способом можно увеличивать эффективность обработок.          

Этот пример еще раз доказывает, что, изучив жизненные стратегии вируса ядерного полиэдроза непарного шелкопряда и механизмы защиты, которые используют сами растения, человек может адаптировать эти знания для создания не только более эффективных, но и более деликатных препаратов для борьбы с вредителями.

9 января, 2024
Что будет, если ударить по атому урана?
Читатели Vokrugsveta.ru интересуются, что будет, если ударить по атому урана? Мы переадресовали этот...
29 ноября, 2023
В России научились искать антибиотики в молоке с помощью ИИ и электричества
Химики из университета ИТМО в Санкт-Петербурге создали технологию, которая автомати...