Naukowcy sekwencjonują genom mszycy
Międzynarodowy zespół naukowców przeprowadził sekwencjonowanie genomu mszycy grochowej. Obok dostarczenia nowych wiadomości na temat ekologii i ewolucji insekta wyniki mogą przyczynić się do opracowania nowych sposobów kontrolowania mszyc, które są popularnymi szkodnikami w rolnictwie. Wyniki zostały opublikowane w czasopiśmie Public Library of Science (PLoS) Biology, a towarzyszące artykuły ukazały się w PLoS Genetics, Genome Biology oraz w specjalnym wydaniu czasopisma Insect Molecular Biology. Mszyce żerują na roślinach za pomocą wyspecjalizowanych części aparatu gębowego, które pozwalają podłączyć się do struktur transportujących cukry w roślinach. Na świecie występuje około 5.000 gatunków mszyc, a wiele z nich atakuje zboża uprawne i rośliny ozdobne. Obok zniszczenia roślin z powodu żerowania na nich, mszyce często uszkadzają rośliny pośrednio, przenosząc wirusy roślinne. "Roczne straty w uprawach na świecie wyrządzane przez mszyce szacuje się na setki milionów dolarów" - napisali naukowcy. W ramach ostatnich badań naukowcy skoncentrowali się na mszycy grochowej (Acyrthosiphon pisum), która - jak sama nazwa wskazuje - żeruje na grochu i innych warzywach. Pierwszym zaskoczeniem dla naukowców była sama liczba genów mszycy grochowej. "Odkryliśmy zestaw 35.000 genów, dla porównania u innych owadów jest ich od 15.000 do 20.000 a u człowieka 25.000" - zauważył Stephen Richards z Baylor College of Medicine w USA. Nasuwa się zatem pytanie, dlaczego mszyce mają tak wiele genów. Możliwe, że mszyce powieliły część swoich genów. "Co to oznacza? To oznacza, że mszyca grochowa prawdopodobnie zrobiła swoistego rodzaju kopię zapasową swojego materiału genetycznego" - mówi Denis Tagu z francuskiego Narodowego Instytutu Badań Rolniczych. "Jedna z hipotez mówi, że jeden egzemplarz tej kopii zapasowej przechowywany jest w postaci niezmienionej i wykorzystywany do zapewnienia funkcjonowania komórek i organizmu, a drugi zestaw może umożliwiać zmiany poprzez mutacje." "Większość mutacji jest prawdopodobnie neutralna lub negatywna dla genów, bez wpływu na biologię organizmu" - dodaje David Stern z Uniwersytetu Princeton w USA. "Niemniej niektóre rzadkie mutacje mogą wyposażyć niektóre geny w nowe funkcje, które mogą w takim przypadku pomóc mszycy grochowej przystosować się do środowiska. Inną możliwością jest być może konieczność posiadania przez mszycę dodatkowych kopii genów do regulowania wszystkich etapów złożonych cykli życiowych." Mszyce rozwinęły się w wiele różnych postaci, aby radzić sobie ze zmieniającym się środowiskiem. Na wiosnę i latem dzieworodne samice składają jaja z dzieworodnym potomstwem, klonując się de facto w ten sposób. Niemniej wraz z nadejściem jesieni, kiedy otoczenie staje się bardziej nieprzyjazne, mszyce wydają płciowe samice i samców. Po sparowaniu, samice składają jaja, z których na wiosnę wyklują się dzieworodne samice i cały cykl rozpocznie się od nowa. Występują również postaci skrzydlate i bezskrzydłe, z których te pierwsze są w stanie przemieszczać się na większe odległości i na przykład kolonizować nowe rośliny. Kolejnym odkryciem dla naukowców był brak wielu genów zaangażowanych w układ odpornościowy. "Biorąc pod uwagę brak tych genów, wydaje się, że mszyce mają słaby układ immunologiczny" - zauważyła Nicole Gerardo z Uniwersytetu Emory w USA. Jednym z możliwych wyjaśnień jest poświęcenie przez mszyce silnego układu odpornościowego na rzecz zdolności do szybkiego rozmnażania się. "Możliwe, że mszyce podlegają selekcji pod względem jak najszybszego tempa rozmnażania się, bowiem muszą skolonizować roślinę i wydać potomstwo zanim ich wrogowie znajdą je i wytępią" - mówi Charles Godfrey z Uniwersytetu Oksfordzkiego w Wlk. Brytanii. "Wiemy, że istnieją kompromisy pomiędzy obroną a innymi komponentami przystosowania się, a w przypadku mszyc naturalna selekcja mogła pójść w stronę reprodukcji płacąc obronnością." Inna możliwość jest taka, że osłabiony układ odpornościowy powstrzymuje mszyce przed niszczeniem swoich bakterii symbiotycznych. W diecie mszyc opartej na cukrach wysysanych z roślin brakuje podstawowych aminokwasów. Dostarczają je bakterie symbiotyczne zwane Buchnera, które żyją wewnątrz specjalnych komórek mszyc i są przekazywane z pokolenia na pokolenie. Zbadanie tego systemu może mieć znaczenie dla zdrowia człowieka. "Niektóre osoby źle się czują zażywając antybiotyki, ponieważ leki niszczą wszystkie dobroczynne bakterie [w jelitach człowieka]" - mówi dr Gerardo. "Jeżeli będziemy mogli zbadać w kilku organizmach, w tym w mszycach, proces zachowania dobroczynnych bakterii przy jednoczesnym usunięciu szkodliwych, będziemy w stanie lepiej go zrozumieć." Wyniki badań prowadzą również do lepszej ochrony upraw. "Poznanie molekularnego dialogu między bakteriami a genami mszyc może doprowadzić do odkrycia kluczowych mechanizmów regulacyjnych, które mogą obniżyć efektywność symbiozy i zakłócić oddziaływanie mszyc na uprawy" - podkreśla dr Tagu. "Biologowie pracujący nad mszycą grochową dysponują obecnie cennym, nowym zestawem narzędzi do badania nowych zagadnień" - podsumowuje profesor Godfrey. "Badania nad mszycą grochową pogłębią naszą wiedzę na temat biologii mszyc oraz ogólnie insektów, co przyniesie wyraźne korzyści ekonomiczne w kontekście zwiększania bezpieczeństwa żywności."