Секрет вредителя

Секрет вредителя

В лабораториях ученых

Евгения ПЕСТУНОВА, Фото автора
13.02.2020 Версия для печати

Можно с гордостью сказать, что белорусские ученые не только первыми в мире распознали митохондриальный геном короеда, но и нашли в нем характерные особенности, что может позволить спрогнозировать дальнейшее поведение вредителя и выработать меры борьбы с ним. Результаты этих исследований удивили даже самих генетиков. Что таит ДНК жука, принесшего столько проблем лесному хозяйству, корреспондент «БЛГ» узнала, побывав в лаборатории геномных исследований и биоинформатики Института леса НАН Беларуси.

Людмила МОЖАРОВСКАЯ, научный сотрудник лаборатории геномных исследований и биоинформатики Института леса НАН Беларуси. фото

Напомним, что над масштабным проектом Минлесхоза по восстановлению устойчивости сосновых насаждений и решению проблемы короедного усыхания в стране работает три коллектива: Учреждение «Беллесозащита», сотрудники кафедры лесозащиты и древесиноведения БГТУ, коллектив генетиков и ученые лаборатории проблем восстановления, защиты и охраны лесов Института леса НАН Беларуси. У каждого — свой блок вопросов, но есть и общая задача — изучение одного маленького жука-короеда в огромном каскаде природных явлений.

По словам заведующего лабораторией геномных исследований и биоинформатики Института леса НАН Беларуси Олега Баранова, команде генетиков Института леса в первую очередь предстоит узнать генетические особенности популяций при формировании вспышки численности вершинного короеда, аспекты его миграционной способности и происхождения. Анализируя огромный пласт литературных данных, ученые пришли к выводу, что исследований, способных дать точные ответы на эти вопросы, не существует. В основном многих волнуют нюансы роста очагов в динамике, украинские исследователи, к примеру, даже пытались метить жуков радиоизотопами, чтобы отследить их перемещение. Некоторые предполагают, что волну отчасти формируют более агрессивные вредители, каким-то образом мигрировавшие из других стран.

Ольга РАЗУМОВА, старший научный сотрудник лаборатории геномных исследований и биоинформатики Института леса НАН Беларуси, кандидат биологических наук. фото

— Есть генетические исследования по миграции болезнетворных микроорганизмов и растений в ходе исторического развития живого мира: так называемые филогенетические и геногеографические исследования, позволяющие привязать генетику к географии, — говорит Олег Баранов. — Используя ДНК-маркеры, аналогичные исследования можно проводить и по вершинному короеду. Генотипы короедов, свойственные определенным странам, есть в международном генетическом банке. Сравнивая ДНК жуков, можно установить их происхождение. Основываясь на генетической оценке параметров особей из разных очагов, есть возможность также проследить, как жуки из одной популяции мигрируют в другую, посчитать количество мигрантов вершинного короеда на каждое новое появляющееся поколение.

Конечно, для начала нужно расшифровать структуру его генетического аппарата. Наш коллектив расшифровал наследственные основы его «внутриклеточной энергетической станции» — митохондрии.

Как читают гены

С точки зрения стороннего наблюдателя, весь процесс расшифровки генома выглядит довольно интересно: девушки в белых халатах с головой погружены в работу, вокруг химическая посуда, специальные приспособления и автоматические пипетки, а также специальная геномная машина — секвенатор. Для приготовления смеси вершинного короеда жуков заливают специальным раствором и растирают в мелкую пыль. Дальше с помощью специальных растворов и центрифуг одни компоненты жука отделяются от других. Позже из смеси с помощью специальных веществ отсеивают сторонние субстанции — сахара, белки, жиры и многое другое, оставляя только ДНК. С этой невидимой глазу ниточки ДНК геномный анализатор считывает и впоследствии обрабатывает генетическую информацию, получая колоссальный объем ценных данных.

Именно после приобретения этого полногеномного секвенатора в Институте леса НАН Беларуси появилась возможность проводить подобные исследования. Система полногеномного секвенирования позволяет детально изучить ДНК и полностью расшифровать геном любого организма — человека, животного, насекомого, растения. Системный блок этой машины состоит из восьми винчестеров, каждый вмещает по 12 терабайт информации. Чип, в который помещается исследуемый образец, имеет десять миллионов ячеек. Каждая из них — полноценный микроприбор. С помощью этих микроприборов ДНК параллельно анализируется мелкими фрагментами, и далее полученную информацию обобщают и анализируют ученые. Причем работа, которую проводит оператор по анализу, стоит в 100 раз дороже, чем химическая реакция, которую осуществляет полногеномный секвенатор. А ведь еще десять лет назад ученые могли работать лишь с очень маленькими частями ДНК — генами, которые хранят информацию лишь об отдельных признаках. Поэтому изучить одновременно все признаки представлялось практически неосуществимым. С изобретением приборов нового поколения всё изменилось. Теперь, чтобы получить информацию о ДНК вершинного короеда, геномному анализатору понадобилось всего три дня. К слову, раньше на это ушел бы год непрерывной работы двухсот приборов старого образца.

Кстати, по словам Олега Баранова, митохондриальный геном вершинного короеда небольшой, чуть больше 19 500 нуклеотидов. К слову, ранее расшифрованный сотрудниками Института леса НАН Беларуси геном гриба Фома содержал порядка 40 млн нуклеотидов, или 57 томов «Войны и мира». Геном человека — это 3 млрд нуклеотидов, или порядка 4300 томов романа «Война и мир». А вот код ели — примерно 18 млрд, это 25 тысяч томов!

— Фрагменты митохондриальной ДНК короеда машина прочла 17 млн 100 тысяч раз, это очень высокая точность оценки, — говорит Олег Баранов. — Всего было проанализировано 3 млрд 420 млн букв. Конечно, для расшифровки хватило бы и однократного прочтения всей молекулы, но мы искали соматические мутации, проще говоря, особенности. Машина решила эту задачу идеально.

Факты

Работу над расшифровкой митохондриального генома лесные генетики закончили в 2019-м. Проведенный анализ показал, что существующие особи в большинстве случаев являются гибридами. То есть представляют смесь разных генетических линий.

— Происходит гибридизация — скрещивание разных форм жуков, что, скорее всего, и может обуславливать вспышку, — поясняет Олег Баранов. — Подобная ситуация проявлялась в США и описана учеными. Это была эпидемия постельного клопа. Как в случае с нашим вершинным короедом, во время вспышки численности ученые фиксировали большую концентрацию гибридных клопов — с митохондриями двух разных генетических линий у дочерних особей.

С начала года лесные генетики начали массово анализировать популяцию вершинного короеда на количество таких гибридов. Результат — до 40 % гибридных особей в очаге. Что касается происхождения, по словам ученых, при изучении популяции короеда по Гомельской области выяснилось: 60 % особей в исследуемых очагах имеют уникальную ДНК, которая не совпадает с мировыми базами данных.

— Данный факт свидетельствует о том, что, по всей видимости, популяция является уникальной, и это местный короед, — поясняет Олег Баранов. — Однако 30—40 % особей в структуре изучаемых очагов имеют сходства ДНК с короедами из европейских стран. Из них примерно 25 % имеет стопроцентное совпадение ДНК с немецкой популяцией.

По словам ученых, это предварительные данные, окончательные оценки будут позже. К концу года ученые центра геномных исследований Института леса НАН Беларуси рассчитывают прояснить многие моменты касательно определения происхождения белорусских популяций. Далее цель генетиков — детально изучить миграционные способности жука.

 


Комментарии

Оставить комментарий

0 Комментариев

Связаться с редакцией: