Naukowcy zmapowali genomy szczepów pluskiew, identyfikując 729 mutacji powiązanych z opornością na środki owadobójcze, co dostarczyło wiedzy na temat lepszej kontroli szkodników.
Naukowcom udało się zmapować niemal kompletne i bardzo dokładne genomy dwóch szczepów pluskiew: jednego wysoce podatnego na środki owadobójcze i drugiego „superszczepu”, który jest około 20 000 razy bardziej odporny. To osiągnięcie zapewnia najpełniejszy jak dotąd obraz mutacji genetycznych odpowiedzialnych za odporność na środki owadobójcze. Wyniki opublikowano w czasopiśmie Owady.
Chociaż nie wiadomo, czy pluskwy przenoszą choroby na ludzi, ich ukąszenia mogą powodować swędzące wysypki i wtórne infekcje. Stosowanie środków owadobójczych, w tym obecnie zakazanego DDT, prawie wykorzeniło populację pluskiew do lat 60. XX wieku, przez co inwazje stały się rzadkością. Jednak w ciągu ostatnich dwudziestu lat pluskwy powróciły na całym świecie, głównie z powodu mutacji genetycznych, które uczyniły je odpornymi na nowoczesne środki owadobójcze.
Oporność może rozwijać się poprzez różne mechanizmy, takie jak wytwarzanie enzymów detoksykujących (oporność metaboliczna) lub powstawanie grubszych ochronnych warstw zewnętrznych, które blokują chemikalia (odporność na penetrację). W poprzednich badaniach zidentyfikowano niektóre geny i mutacje odpowiedzialne za oporność, ale pełny obraz genetyczny pozostał niejasny, ponieważ żadne wcześniejsze badania nie obejmowały sekwencjonowania całych genomów szczepów opornych. To nowe badanie wypełnia krytyczne luki, rzucając światło na pełne spektrum mutacji odpowiedzialnych za ich odporność.
Zespół badawczy kierowany przez Hidemasę Bono, profesora Wyższej Szkoły Nauk Zintegrowanych dla Życia na Uniwersytecie w Hiroszimie (HU), zmapował genomy podatnych i opornych szczepów pluskiew z Japonii, aby wypełnić tę lukę. Uzyskali podatne szczepy pochodzące od dzikich pluskiew (Cimex lectularius) zebranych 68 lat temu na polach w mieście Isahaya w stanie Nagasaki. Tymczasem oporne szczepy wyhodowano z próbek pobranych w hotelu w Hiroszimie w 2010 r. Testy wykazały, że oporne próbki miały 19 859 razy silniejszą odporność na pyretroidy – najczęściej stosowany środek owadobójczy do zwalczania pluskiew – przekraczającą poziom obserwowany w wielu wcześniejszych zidentyfikowane superodkształcenia. Wszystkie próbki zostały dostarczone przez Fumakilla Limited, japońską firmę produkującą środki chemiczne.
Układanie układanki genomu
Sekwencjonowanie genomu przypomina układanie ogromnej układanki, obejmującej od ok 160 000 Do 160 miliardów sztuki. Aby zmapować najbardziej kompletne jak dotąd genomy pluskiew, naukowcy wykorzystali przełomowa metoda sekwencjonowania o długim odczycie, które przechwytuje dłuższe odcinki DNA – co przypomina składanie całych fragmentów puzzli. Z kolei tradycyjne sekwencjonowanie krótkiego odczytu obejmuje tylko małe fragmenty, co często prowadzi do frustrujących luk.
Naukowcy stworzyli niemal całkowity obraz dwóch genomów, z niemal każdym fragmentem dokładnie tam, gdzie powinien, osiągając 97,8% kompletności i wartości jakości (QV) wynoszącej 57,0 dla szczepu podatnego oraz 94,9% kompletności i QV wynoszącej 56,9 dla szczepu opornego . QV powyżej 30 oznacza sekwencje wysokiej jakości ze stopą błędu mniejszą niż 0,1%. Obydwa przekroczyły także wartość N50 istniejącego genomu referencyjnego C. lectularius, Clec2.1, uzyskaną w ramach poprzedniego sekwencjonowania, co oznacza, że było mniej luk i pełniejsze sekcje układanki genomu.
Znane, odkryto nowe mutacje oporności
Po pełnym sekwencjonowaniu genomów zespół zidentyfikował geny kodujące białka, określił ich funkcje i ocenił, czy są aktywne, poprzez analizę transkrypcji. Odkryli 3938 transkryptów zawierających grupę aminową kwas niedopasowania. Spośród nich 729 zmutowanych transkryptów powiązano z opornością na środki owadobójcze.
„Określiliśmy sekwencję genomu pluskiew odpornych na środki owadobójcze, które wykazywały 20 000 razy większą odporność w porównaniu z pluskwami podatnymi. Porównując sekwencje aminokwasów podatnych i opornych pluskiew, zidentyfikowaliśmy 729 transkryptów z mutacjami specyficznymi dla oporności” – powiedział pierwszy autor badania, Kouhei Toga, pracownik naukowy ze stopniem doktora w Laboratorium Informatyki Genomu Wyższej Szkoły Nauk Zintegrowanych dla Życia w HU.
„Te transkrypty zawierały geny powiązane z DNA reakcja na uszkodzenie, regulacja cyklu komórkowego, insulina metabolizm i funkcje lizosomów. Sugeruje to, że te szlaki molekularne mogą odgrywać rolę w rozwoju oporności pluskiew na pyretroidy”.
Opierając się na wcześniejszych badaniach owadów, naukowcy potwierdzili znane mutacje związane z opornością i odkryli nowe, które mogą pomóc w bardziej ukierunkowanych i skutecznych strategiach zwalczania szkodników.
„Zidentyfikowaliśmy dużą liczbę genów prawdopodobnie związanych z opornością na środki owadobójcze, a wiele z nich nie zostało wcześniej zgłoszonych jako powiązane z opornością pluskiew. Edycja genomu tych genów może dostarczyć cennych informacji na temat ewolucji i mechanizmów oporności na środki owadobójcze” – stwierdził Toga.
„Dodatkowo badanie to poszerza pulę genów docelowych do monitorowania rozmieszczenia alleli i zmian częstotliwości, co może znacząco przyczynić się do oceny poziomu oporności w dzikich populacjach. Ta praca podkreśla potencjał podejść obejmujących cały genom w zrozumieniu oporności pluskiew na insektycydy”.
Odniesienie: „Poszukiwanie mutacji genów w całym genomie prawdopodobnie przyznających oporność na owady u pluskwy zwyczajnej, Cimex lectularius” autorstwa Kouhei Toga, Fumiko Kimoto, Hiroki Fujii i Hidemasa Bono, 23 września 2024 r., Owady.
DOI: 10.3390/insects15100737
Badanie zostało sfinansowane przez Japońską Agencję Nauki i Technologii oraz projekt wsparcia w zakresie dotacji na rzecz tworzenia przemysłu biogospodarczego (prefektura Hiroszima).
Inni członkowie zespołu badawczego to Fumiko Kimoto i Hiroki Fujii, którzy są pracownikami Fumakilla Limited.
