Zděděná sterilita u hmyzu - Inherited sterility in insects

The zděděná sterilita u hmyzu je indukován suberilizací dávkami ionizujícího záření. Když se částečně sterilní muži páří s divokými ženami, škodlivé účinky vyvolané zářením zdědí F1 generace.[1] Výsledkem je redukce líhnutí vajec a výslední potomci jsou vysoce sterilní a převážně muži. Ve srovnání s vysokou radiací potřebnou k dosažení plné sterility u Lepidoptera nižší dávka záření použitá k indukci sterility F1 zvyšuje kvalitu a konkurenceschopnost uvolněného hmyzu, měřeno zlepšeným rozptýlením po uvolnění, zvýšenou schopností páření a lepší konkurencí spermií.[2][3][4]

Dějiny

Celoplošné programy integrované ochrany před škůdci pomocí technika sterilního hmyzu (SIT) jako součást byly úspěšné proti řadě škůdců nebo Diptera, jako je Nový svět šnekový červ, Cochliomyia hominivorax, různé druhy tephritidae ovocné mušky a proti tsetse letí (Glossinidae). Nicméně, většina můry nebo lepidopterani jsou odolnější vůči záření než dipterani,[5] a v důsledku toho vyšší dávka záření potřebná k úplné sterilizaci lepidopteranů snižuje jejich výkon v terénu. Jeden přístup k obcházení negativních účinků spojených s vysokou radio-rezistencí Lepidoptera škůdci bylo použití zděděné sterility nebo F1 sterility,[6] poprvé dokumentováno ve studiích o hnízdící můra (Cydia pomonella ).[7][8] Zděděná sterilita byla rovněž zdokumentována v Hemiptera objednat.

Hedvábný červ Bombyx mori (Lepidoptera: Bombycidae ) byl prvním hmyzem, u kterého byla hlášena zděděná sterilita.[9] Poté byla hlášena zděděná sterilita u můry větší Galleria mellonella (Lepidoptera:Pyralidae ),[10] v hnízdě Cydia pomonella (Lepidoptera: Tortricidae ),[8] ve velkém brouku Oncopeltus fasciatus (Hemiptera: Lygaeidae ),[11] v Gonocerus acuteangulatus (Hemiptera: Coreida ),[12] v Rhodnius prolixus (Hemiptera: Reduviidae ),[13] a v roztoči dvoubodovém Tetranychus urticae (Acari: Tetranychidae ).[14]

Genetický základ

Mechanismy, kterými mutace způsobují letalitu v Diptera ve vývoji zygota jsou dobře zdokumentovány.[15][16][17] Primární lézí vedoucí k dominantní letální mutaci je zlom chromozomu, v tomto případě indukovaný radiací. Pokud je v chromozomu ve zralých spermiích vyvolán zlom, zůstává v tomto stavu, dokud spermie nevstoupí do vajíčka. Po fúzi začínají jaderné dělení a zlomení chromozomu může mít drastické účinky na životaschopnost embrya v průběhu vývoje. Během brzy profáze zlomený chromozom prochází normální replikací, ale během metafáze zlomené konce se mohou roztavit a vést k tvorbě a dicentrický chromozom a an acentrický fragment. Acentrický fragment je často ztracen, zatímco dicentrický fragment tvoří most v anafáze což vede k dalšímu chromozomálnímu zlomu. Celý tento proces se pak opakuje, což vede k hromadění vážné nerovnováhy v genetické informaci dceřiných buněk. Akumulace tohoto genetického poškození nakonec vede ke smrti zygoty).

Řádky Diptera, Hymenoptera a Coleoptera lze klasifikovat jako radiačně citlivé, zatímco řády Lepidoptera, Homoptera a roztoči (Acari) jsou rezistentní vůči záření.[18] Hlavní rozdíl mezi těmito dvěma skupinami hmyzu spočívá v tom, že první skupina byla lokalizována centroméra (monokinetický ), zatímco druhý má difúzní centromeru (holokinetický ).[19][20][21][22] Nicméně, novější práce[23] naznačují, že chromozomy lepidopteranů jsou mezi holokinetickými a monocentrickými chromozomy. V každém případě se má za to, že rozdíl v centromerech hraje hlavní, i když ne výlučnou roli v citlivosti na záření.[24] Bylo navrženo, že možné molekulární mechanismy odpovědné za vysokou radioresistenci u Lepidoptera mohou zahrnovat indukovatelný systém obnovy buněk a sondy pro opravu DNA.[25][26]

Lepidoptera také nevykazují klasiku cyklus zlomení-fúze-most to je charakteristika dominantních letálů indukovaných v Diptera. Ukazuje se, že lepidopteranové chromozomy mohou tolerovat ztrátu telomer bez drastických účinků, které to má na chromozomy v jiných řádech.[27] Lepidopteranské chromozomy mají lokalizovaný kinetochore talíř, ke kterému vřeteno mikrotubuly připojit během buněčného dělení.[28] Kinetochorové desky jsou velké a pokrývají významnou část délky chromozomů, což zajišťuje, že více radiačně indukovaných zlomů nepovede ke ztrátě fragmentů chromozomů, jak je to typické u druhů s monocentrickými chromozomy. U druhů s velkými kinetochorovými deskami mohou fragmenty přetrvávat řadu mitotický buněčné dělení a lze je dokonce přenášet zárodečné buňky na příští generaci.[29] Destičky také snižují riziko letality způsobené tvorbou dicentrických chromozomů, acentrických fragmentů a dalších nestabilních aberací.[27]

Polní aplikace

Sterilní potomci F1 produkovaní v terénu zvyšují účinnost uvolňovaných částečně sterilních mužů a zlepšují kompatibilitu s jinými strategiemi kontroly škůdců. Například přítomnost sterilního potomstva F1 může být použita ke zvýšení hromadění přirozených nepřátel v poli. Kromě toho lze sterilní potomstvo F1 použít ke studiu potenciálního hostitele a zeměpisných oblastí exotických škůdců lepidopteranů.

Terénní programy uvolňující ozářené můry v rámci SIT nebo přístup zděděné sterility jsou v provozu od 60. let. Růžový bollworm, Pectinophora gossypiella byl úspěšně zadržován od roku 1969 v oblastech bavlny v údolí San Joaquin v Kalifornii a úspěšně se zaměřuje na eradikaci z oblastí bavlny v jihozápadních USA a severozápadním Mexiku. Od počátku 90. let byla v oblastech produkce jablek a hrušek v údolí Okanagan v Britské Kolumbii, Kanadě a v zemích jako Argentina, Brazílie a Jihoafrická republika úspěšně potlačena můra codling a proti tomuto škůdci mají plány nebo programy. Nový Zéland vymýtil ohniska australského malovaného jablečného můry, Teia anartoides. Mexiko vymklo ohniska kaktusového můry, Cactoblastis cactorum a USA zahrnují jeho postup podél pobřeží Mexického zálivu.[30][31] Jihoafrická republika má program na potlačení falešného můra, Thaumatotibia leucotreta v citrusových sadech.[32] Kontrola většiny škůdců můry je omezována zvýšenou odolností vůči nejpoužívanějším širokospektrálním insekticidům; proto je značný potenciál rozšířené implementace zděděné sterility v rámci celoplošného integrovaného přístupu.

Viz také

Poznámky a odkazy

  1. ^ North, D T (1975). "Zděděná sterilita u Lepidoptera". Každoroční přezkum entomologie. 20 (1): 167–182. doi:10.1146 / annurev.en.20.010175.001123. ISSN  0066-4170. PMID  1090237.
  2. ^ North, David T .; Holt, Gerald (01.08.1968). „Zděděná sterilita v potomstvu ozářených samčích kapustníků1“. Journal of Economic Entomology. 61 (4): 928–931. doi:10.1093 / jee / 61.4.928. ISSN  1938-291X.
  3. ^ Seth, R.K; Reynolds, SE (1993). „Indukce zděděné sterility u tabáku hornworm Manduca sexta (Lepidoptera: Sphingidae) suberilizací dávkami ionizujícího záření“. Bulletin entomologického výzkumu. 83 (2): 227–235. doi:10.1017 / s0007485300034714. ISSN  0007-4853.
  4. ^ Dyck, V. A., redaktor. Hendrichs, J. (Jorge), redaktor. Robinson, A. S., editor. (23. února 2006). Technika sterilního hmyzu: zásady a praxe v oblasti integrované ochrany před škůdci. ISBN  978-1-4020-4051-1. OCLC  1154242392.CS1 maint: více jmen: seznam autorů (odkaz)
  5. ^ Bakri, Abdeljelil; Heather, Neil; Hendrichs, Jorge; Ferris, Ian (01.01.2005). „Padesát let radiační biologie v entomologii: poučení z IDIDAS“. Annals of the Entomological Society of America. 98 (1): 1–12. doi:10.1603 / 0013-8746 (2005) 098 [0001: fyorbi] 2.0.co; 2. ISSN  0013-8746.
  6. ^ Panel pro aplikaci indukované sterility pro kontrolu populace lepidopterů (1970: Vídeň, Rakousko) (1971). Aplikace indukované sterility pro kontrolu populací lepidopterů: řízení. Mezinárodní agentura pro atomovou energii. OCLC  1032780537.
  7. ^ Proverbs, M. D .; Newton, J. R. (01.05.1962). „Vliv gama záření na vývoj a plodnost můry codlingové, Carpocapsa pomonella (l.) (Lepidoptera: olethreutidae).“ Kanadský žurnál zoologie. 40 (3): 401–420. doi:10.1139 / z62-038. ISSN  0008-4301.
  8. ^ A b Proverbs, M. D. (1982). "Technika sterilního hmyzu při hubení molů". Sterilní technika proti hmyzu a záření při kontrole hmyzu: 85–89.
  9. ^ Astaurov, B. I. a S. L. Frolova. 1935. Umělé mutace v bource morušového (Bombyx mori L.). V. Sterilita a spermatogenní anomálie u potomků ozářených můr týkající se některých otázek obecného biologického a mutagenního působení rentgenových paprsků. Biol. J. 4: 861-894 (v ruštině).
  10. ^ Ostriakova-Varshaver, V.P. 1937. včelí můra, Galleria mellonella, jako nový objekt pro genetické výzkumy. II. Cytogenetická analýza sterility zahájená rentgenovými paprsky u mužů. [V ruštině.] Biologicheskii Zhurnal, 6: 816–836.
  11. ^ LaChance, L. E.; Degrugillier, M. (10. 10. 1969). "Chromozomální fragmenty přenášené třemi generacemi v Oncopeltus (Hemiptera)". Věda. 166 (3902): 235–236. doi:10.1126 / science.166.3902.235. ISSN  0036-8075. PMID  5817763. S2CID  44255849.
  12. ^ Delrio G.; Cavalloro R. 1975. Sterilite hereditaire chez Gonocerus aculteangulatus Goenze (Rhyncote, Coreidea ), pp.423-436 In: Principy sterility pro hubení hmyzu. sborník Symposia, Innsbruck, Rakousko, 22. – 26. července 1974. STI / PUB / 377. IAEA, Vídeň 1975
  13. ^ Maudlin, Ian (1976). „Dědičnost radiačně indukované semir sterility u Rhodnius prolixus“. Chromozom. 58 (3): 285–306. doi:10.1007 / bf00292095. ISSN  0009-5915. PMID  793795. S2CID  7113515.
  14. ^ Henneberry, T. J. (01.10.1964). „Účinky záření gama na plodnost roztoče pavoučího a jeho potomka“. Journal of Economic Entomology. 57 (5): 672–674. doi:10.1093 / jee / 57.5.672. ISSN  1938-291X.
  15. ^ Smith, R. H .; von Borstel, R. C. (1972-12-15). „Genetická kontrola populací hmyzu: Pro regulaci populací škůdců by měla být zvážena celá řada zdokumentovaných genetických metod.“ Věda. 178 (4066): 1164–1174. doi:10.1126 / science.178.4066.1164. ISSN  0036-8075. PMID  4564928.
  16. ^ LaChance, L.E. (1967). „Zavedení dominantních letálních mutací ionizujícím zářením a chemickými látkami v souvislosti se sterilní technikou kontroly hmyzu u mužů“. In Wright, J. W .; Pal, R .; Světová zdravotnická organizace (eds.). Genetika hmyzích vektorů nemoci. str. 617–650. hdl:10665/38937.
  17. ^ Robinson, A. S. (2005), „Genetický základ techniky sterilního hmyzu“, Sterilní technika proti hmyzu, Berlín / Heidelberg: Springer-Verlag, s. 95–114, doi:10.1007/1-4020-4051-2_4, ISBN  1-4020-4050-4
  18. ^ Bakri, A., K. Mehta a D. R. Lance. 2005. Sterilizace hmyzu ionizujícím zářením. 233-268 In V. A. Dyck, J. Hendrichs, and A. S. Robinson (eds.), Sterile Insect Technique: Principles and Practice in Area-wide Integrated Pest Management. Springer, Dordrecht, Nizozemsko. 787 stran
  19. ^ Bauer, Hans (1967). „Die kinetische Organization der Lepidopteren-Chromosomen“. Chromozom. 22 (2): 101–125. doi:10.1007 / bf00326724. ISSN  0009-5915. S2CID  25015956.
  20. ^ LaChance, L. E .; Degrugillier, M. (10. 10. 1969). "Chromozomální fragmenty přenášené třemi generacemi v Oncopeltus (Hemiptera)". Věda. 166 (3902): 235–236. doi:10.1126 / science.166.3902.235. ISSN  0036-8075. PMID  5817763. S2CID  44255849.
  21. ^ Murakami, Akio; Imai, Hirotami T. (1974). „Cytologický důkaz holocentrických chromozomů bource morušového, Bombyx mori a B. mandarina (Bombycidae, Lepidoptera)“. Chromozom. 47 (2): 167–178. doi:10.1007 / bf00331804. ISSN  0009-5915. PMID  4141955. S2CID  38442597.
  22. ^ Wrensch, Dana L .; Kethley, John B .; Norton, Roy A. (1994), „Cytogenetika holokinetických chromozomů a obrácené meiózy: klíče k evolučnímu úspěchu roztočů, zevšeobecňování eukaryot“, Roztoči, Boston, MA: Springer USA, s. 282–343, doi:10.1007/978-1-4615-2389-5_11, ISBN  978-1-4613-6012-4
  23. ^ Vlk, Klaus Werner (1996). "Struktura kondenzovaných chromozomů v mitóze a meióze hmyzu". International Journal of Insect Morfhology and Embryology. 25 (1–2): 37–62. doi:10.1016/0020-7322(95)00021-6. ISSN  0020-7322.
  24. ^ Carpenter, J. E .; Bloem, S .; Marec, F. (2005), "Zděděná sterilita u hmyzu", Sterilní technika proti hmyzu, Berlín / Heidelberg: Springer-Verlag, s. 115–146, doi:10.1007/1-4020-4051-2_5, ISBN  1-4020-4050-4
  25. ^ LaChance, Leo E .; Graham, Charles K. (1984). „Radiosenzitivita na hmyz: křivky dávky a studie frakcionace dávky dominantních letálních mutací ve zralých spermiích 4 druhů hmyzu“. Mutační výzkum / Základní a molekulární mechanismy mutageneze. 127 (1): 49–59. doi:10.1016/0027-5107(84)90139-8. ISSN  0027-5107. PMID  6539419.
  26. ^ Koval, Thomas M. (1996). "Můry: Mýty a tajemství odolnosti proti stresu". BioEssays. 18 (2): 149–156. doi:10,1002 / bies. 950180211. ISSN  0265-9247. S2CID  86589131.
  27. ^ A b Tothová, Alena; Marec, František (01.04.2001). „Chromozomální princip sterility F1 vyvolané zářením u Ephestia kuehniella (Lepidoptera: Pyralidae)“. Genom. 44 (2): 172–184. doi:10,1139 / g00-107. ISSN  0831-2796. PMID  11341727.
  28. ^ Vlk, Klaus Werner; Novák, Karel; Marec, František (1997). „Kinetická organizace bivalentů metafáze I ve spermatogenezi druhů Lepidoptera a Trichoptera s malým počtem chromozomů“. Dědičnost. 79 (2): 135–143. doi:10.1038 / hdy.1997.136. ISSN  0018-067X. S2CID  34178406.
  29. ^ Marec, František; Tothová, Alena; Sahara, Ken; Traut, Walther (2001). „Meiotické párování fragmentů pohlavních chromozomů a jeho vztah k atypickému přenosu markeru vázaného na pohlaví v Ephestia kuehniella (Insecta: Lepidoptera)“. Dědičnost. 87 (6): 659–671. doi:10.1046 / j.1365-2540.2001.00958.x. ISSN  0018-067X. PMID  11903561. S2CID  415409.
  30. ^ „Biology, History, Threat, Surveillance and Control of the Cactus Moth, Cactoblastis cactorum, Books & Proceedings, Insect Pest Control - NAFA“. www-naweb.iaea.org. Citováno 2020-08-02.
  31. ^ „Významnému poškození ekosystému na základě opuncie v Mexiku bylo zabráněno díky vymýcení ohnisek Cactus Moth z mexických karibských ostrovů - Stories, NAFA“. www-naweb.iaea.org. Citováno 2020-08-02.
  32. ^ „Vědci ARS pomáhají bojovat proti škodlivému můru v Africe: USDA ARS“. www.ars.usda.gov. Citováno 2020-08-02.

externí odkazy