Сибирский федеральный университет

Внедрения (инвазии) чужеродных для региона растительноядных насекомых, в частности, вредителей древесных и кустарниковых растений — общемировая проблема, которая в большей степени обусловлена глобальными необратимыми изменениями, происходящими в окружающей среде. Инвазионные насекомые, как правило, становятся объектом исследований только после их проникновения и акклиматизации в новых экосистемах, когда из-за потерянного времени справиться с их нашествием и разрушительными последствиями в лесах и на урбанизированных территориях очень сложно.

«Как распознать таких вредителей заранее, выявить и определить их виды в момент случайного заноса на новые территории, пока они не внедрились в новые экосистемы и не стали наносить вред? Задача осложняется тем, что при обследовании насаждений в регионах, а также при карантинных досмотрах растений и растительной продукции на границе, насекомые чаще всего обнаруживаются на стадиях личинки или куколки. По таким стадиям достоверно определить их виды невозможно, в частности, потому, что различия видов насекомых на стадиях личинки и куколки часто неочевидны. На помощь приходят достижения современной молекулярной генетики, в частности, метод ДНК-баркодинга, позволяющий по относительно короткому фрагменту митохондриального гена ДНК — цитохромоксидазы (COI) — идентифицировать вид насекомого на любой стадии развития», — сообщила доктор биологических наук, ведущий научный сотрудник лаборатории биогеохимии экосистем СФУ Наталья Кириченко.

Работы, посвящённые ДНК-баркодированию вредоносной энтомофауны, активно ведутся в Северной Америке и Европе. В России такие исследования только разворачиваются. Учёные СФУ работают с уникальными музейными коллекциями насекомых, чтобы собрать материалы для ДНК-баркодирования опасных видов насекомых.

Уже изучены образцы насекомых, хранящиеся в коллекции лаборатории лесной зоологии Института леса СО РАН (Красноярск), Зоологического института РАН (Санкт-Петербург) и ряда частных коллекций. Музейные образцы, особенно типовые экземпляры, служат эталоном для видовой идентификации, поэтому их вовлечение в ДНК-баркодирование крайне важно.

«Работа с этими материалами деликатная — на анализ берутся фрагменты задних ног, которые аккуратно отделяются от тел насекомых без причинения видимых повреждений музейным образцам. Генетический анализ осложнён тем, что ДНК музейных образцов уже в определённой степени разрушена временем и прочесть её сложно. Мы используем прорывные молекулярно-генетические технологии, в частности, секвенирование нового поколения (одномолекулярное секвенирование в реальном времени). Последнее позволяет работать с разрушенной ДНК и получать фрагменты, по которым можно провести надёжную видовую диагностику», — объяснила Наталья Кириченко.

Команда учёных, в состав которой входят известные отечественные специалисты по разным группам насекомых и студенты СФУ, выполнили отбор биопроб у 475 образцов 223 видов насекомых — вредителей древесных растений из Северной и Восточной Азии, а также прилегающих регионов. И это не окончательная цифра — работа в самом разгаре. Для некоторых материалов уже получены генетические коды. Техническая часть работы выполняется в Канадском центре ДНК-баркодинга при Гуэлфском университете, с которым участники российской команды плодотворно сотрудничают не первый год.

Полученные ДНК-баркоды (секвенированные последовательности митохондриального гена COI) послужат основой для разработки референсных ДНК-библиотек вредоносных насекомых. Такие библиотеки имеют важное прикладное значение для быстрой диагностики видов насекомых-дендрофагов, обнаруженных при пересечении границы в пунктах досмотра растительной продукции, а также при перехвате случайно занесённых карантинных растительноядных видов. Выполняемые учёными и студентами СФУ исследования важны для разработки стратегий укрепления биологической безопасности страны.

Работа ведётся в рамках проекта РНФ «На страже биобезопасности: раннее выявление опасных и потенциально инвазионных видов дендрофильных насекомых в азиатской части России с применением современных экологических и молекулярно-генетических подходов (ИнвАЗИЯ)» (грант № 22-16-00075, https://rscf.ru/project/22-16-00075/).