stringtranslate.com

Хризомела энеиколлис

Chrysomela aeneicollis — вид листоедов семейства Chrysomelidae . Этот организм использовался в качестве модели для изучения естественного отбора в природе. [1] [2] В настоящее время он исследуется с целью изучения влияния изменений окружающей среды на популяции насекомых, [3] [4] и эволюционного значения вариаций генов, влияющих на метаболизм и реакцию на стресс. [5] [2] [6] Он был включен в качестве изучаемого вида в Калифорнийский проект по сохранению геномики из-за его присутствия во многих экорегионах Калифорнии и обширных знаний о генетической изменчивости, эволюционной экологии и взаимодействии с другими видами. [7] Информацию о его ареале и сравнении с близкородственными видами можно найти в обзоре рода Chrysomela , опубликованном в Canadian Entomologist. [8]

Распределение

Chrysomela aeneicollis встречается в западной части Северной Америки. [9] [10] [11] [12] Популяции встречаются в более прохладных местообитаниях в прибрежных районах от северной Калифорнии до Британской Колумбии или на больших высотах в Скалистых горах (Колорадо, Альберта) и горах Сьерра-Невада в Калифорнии. [8] [13] В Калифорнии этот листоед встречается в горах Сьерра-Невада от Лоун-Пайн до округа Модок, а прибрежные популяции встречаются к северу от Сан-Франциско в округе Мендосино. [13]

Взаимоотношения растений-хозяев

Chrysomela aeneicollis принадлежит к группе близкородственных видов в пределах рода Chrysomela , которые питаются ивами или тополями (семейство Salicaceae ) или ольхой [8] или березой (семейство Betulaceae ). [14] Будучи неполовозрелыми (личинки), особи C. aeneicollis используют химические вещества, извлеченные из листвы растения-хозяина, для выработки защитного секрета, который они выставляют при нападении потенциальных хищников. [15] Они предпочитают ивы-хозяева, которые содержат большее количество этих химических веществ (богатых салицилатами), чем растения, которые бедны салицилатами, и их стимулирует к питанию салицин. [16]

Естественные враги и использование растений-хозяев

Было исследовано эволюционное значение защитных выделений C. aeneicollis , полученных из растения-хозяина , с ожиданием, что выживаемость личинок будет выше на растениях, богатых салицилатами, чем на бедных салицилатами. [15] Полевые исследования C. aeneicollis показали, что специализированные хищники вызывают значительную смертность, что снижает или устраняет преимущества защитных выделений личинок, полученных из растения-хозяина. [17] [18] Одним из таких хищников является муха ( Parasyrphus melanderi ), которая откладывает свои яйца на яйца C. aeneicollis . Когда они вылупляются, личинки P. melanderi питаются исключительно яйцами и личинками, при этом нет никаких доказательств того, что защитная секреция отпугивает их. [19] Другим важным специализированным хищником является оса Symmorphus cristatus , которая специализируется на личинках C. aeneicollis в их третьей стадии (линька). [20] [21] Эти два хищника действуют как дополнительные факторы смертности личинок C. aeneicollis и являются важными компонентами пищевой цепи, включающей жука и его естественных врагов в горах Сьерра-Невада в Калифорнии. [22]

Генетическая изменчивость и реакция на тепловой стресс в зависимости от градиентов окружающей среды

Как отмечалось выше, Chrysomela aeneicollis обитает в регионах с прохладными летними температурами, как и ее близкие родственники в подроде Interventa вида Chrysomela . [8] В горных районах центральной Калифорнии популяции обычно встречаются выше 2800 м, и они отступают на более высокие высоты в засушливые периоды. [4] [23] Популяции на этих высотах переживают длинные зимы, и выживание жуков зависит от их способности выживать при воздействии экстремально низких температур и переживать длительный период покоя без пищи. [24] [25] [3] [4] [26] В течение короткого летнего вегетационного периода (с июня по сентябрь) жуки выходят из мест зимовки, спариваются, [27] [28] откладывают яйца и проходят одно поколение личиночного развития, прежде чем появляются новые взрослые особи, и питаются в течение нескольких недель до наступления зимы. [20] Кроме того, популяции на больших высотах должны завершать свой жизненный цикл в условиях низкого содержания кислорода, что усугубляет проблемы быстрого развития в течение короткого горного лета. [4] Эти экологические проблемы могут оказывать эволюционное давление, которое способствует поддержанию генетической изменчивости (благодаря взаимодействию генотипа и окружающей среды) и адаптации к местным условиям окружающей среды.

Летние этапы жизни в горной Калифорнии.
Летние этапы жизни в горной Калифорнии.

Популяции в восточных горах Сьерра-Невада демонстрируют генетические различия вдоль широтного градиента, что может отражать адаптацию к переменным температурам и уровням кислорода. [29] [4] [30] Ранние исследования использовали полиморфизмы ферментов, которые расположены в генах в ядре и наследуются в соответствии с генетическими принципами Менделя, чтобы вывести различия между популяциями в трех исследуемых дренажах в восточных горах Сьерра-Невада (Рок-Крик, Бишоп-Крик и Биг-Пайн-Крик). [31] Один из этих ферментов, фосфоглюкозоизомераза (PGI), показал крутой широтный клин в частоте, который был более выражен, чем другие, [31] предполагая, что частоты PGI могут быть чувствительны к температуре окружающей среды. [2] Последующие исследования показали, что генотипы PGI различались в отношении экспрессии белков теплового шока, [32] которые помогают поддерживать функциональность других белков и защищать организм от негативных последствий воздействия тепла. Генотипы PGI, преобладающие в северном дренаже Рок-Крик, экспрессируют более высокие уровни белков теплового шока в природе, [32] и они экспрессируют их в лаборатории при более низких температурах, [29] предполагая, что жуки в южных популяциях более устойчивы к жаре. Дальнейшие эксперименты подтвердили эту гипотезу и также предположили, что генотип PGI связан с устойчивостью к стрессовым низким температурам. [33] [34] [35] [36] Недавние открытия предполагают, что различия между популяциями в частотах митохондриальных типов также связаны с различиями окружающей среды в температуре и снабжении кислородом, [4] и что локальная адаптация происходит посредством взаимодействия между митохондриальным и ядерным генотипом. [30] [37]

Ссылки

  1. ^ Миллстайн, Роберта Л. (2006). «Естественный отбор как причинный процесс на уровне популяции». Британский журнал философии науки . 57 (4): 627–653. doi :10.1093/bjps/axl025. JSTOR  4489089.
  2. ^ abc "Естественный отбор от гена вверх: работа Элизабет Дальхофф и Натана Ранка". evolution.berkeley.edu/evolibrary/home.php . Получено 2021-06-08 .
  3. ^ ab "Реакция насекомых на зимнее изменение климата: взаимодействие холода и энергетического стресса". www.biologists.com . Получено 2021-06-08 .
  4. ^ abcdef Дальхофф, Элизабет П.; Дальхофф, Виктория С.; Грейнджер, Коррин А.; Завала, Николас А.; Отепола-Белло, Дами; Сарджент, Бринн А.; Робертс, Кевин Т.; Хайдл, Сара Дж.; Смайли, Джон Т.; Ранк, Натан Э. (2019). «Преследование в горах: большая высота может ограничить характеристики производительности и приспособленности у горных насекомых». Функциональная экология . 33 (5): 809–818. Bibcode : 2019FuEco..33..809D. doi : 10.1111/1365-2435.13286 . S2CID  91324149.
  5. ^ "Team Beetle". www.wmrc.edu . 13 апреля 2021 г. Получено 08.06.2021 г.
  6. ^ «Изучение эволюции путем изучения жуков, живущих на грани». www.scientia.com . 15 февраля 2017 г. Получено 11 июня 2021 г.
  7. ^ "Chrysomela aeneicollis (листоед сьерра-ивовый)". www.ccgproject.org . 18 декабря 2020 г. . Получено 08.06.2021 г.
  8. ^ abcd Brown, WJ (1956). "Виды Chrysomela L. (Coleoptera: Chrysomelidae) в Новом Свете". Канадский энтомолог . 88 (Приложение 3): 1–54.
  9. ^ "Chrysomela aeneicollis Report". Интегрированная таксономическая информационная система . Получено 23.09.2019 .
  10. ^ "Chrysomela aeneicollis". GBIF . Получено 2019-09-23 .
  11. ^ Уилкокс, Джон А. (1972). «Обзор североамериканских листоедов-листоедов (Coleoptera: Chrysomelidae)». Бюллетень Нью-Йоркского музея и научной службы .
  12. ^ ab Dellicour, S.; Fearnley, SL; Lombal, A.; Heidl, SJ; Dahlhoff, EP; Rank, NE; Mardulyn, P. (2014). «Вывод о прошлой и настоящей связности в пределах ареала североамериканского листоеда: объединение моделирования экологической ниши и географически явной модели коалесценции» (PDF) . Evolution . 68 (8): 2371–2385. doi :10.1111/evo.12426. PMID  24749775. S2CID  3467381.
  13. ^ Termonia, A.; Hsiao, TH; Pasteels, JM; Milinkovitch, MC (2001). «Специализация питания и химическая защита, обусловленная хозяином, у листоедов Chrysomeline не привели к эволюционному тупику». Труды Национальной академии наук США . 98 (7): 3909–3914. Bibcode : 2001PNAS...98.3909T. doi : 10.1073/pnas.061034598 . PMC 31152. PMID  11259651 . 
  14. ^ ab Smiley, JT; Horn, JH; Rank, NE (1985). «Экологические эффекты салицина на трех трофических уровнях: новые проблемы старых адаптаций». Science . 229 (4714): 649–651. Bibcode :1985Sci...229..649S. doi :10.1126/science.229.4714.649. PMID  17739376. S2CID  24002397.
  15. ^ Ранк, NE (1992). «Предпочтение растения-хозяина на основе химии салицилата у ивового листоеда (Chrysomela aeneicollis)». Oecologia (Берлин) . 90 (1): 95–101. Bibcode : 1992Oecol..90...95R. doi : 10.1007/BF00317814. PMID  28312276. S2CID  1864388.
  16. ^ Ранк, NE (1994). «Влияние растения-хозяина на выживаемость личинок листоеда Chrysomela aeneicollis (Coleoptera: Chrysomelidae), использующего салицин». Oecologia (Берлин) . 97 (3): 342–353. doi :10.1007/BF00317324. PMID  28313629. S2CID  20569239.
  17. ^ Ранк, NE; Смайли, JT; Кёпф, A (1996). «Естественные враги и взаимоотношения растений-хозяев для листоедов-хризомелин, питающихся Salicaceae». Chrysomelidae Biology . 2 : 147–171.
  18. ^ Ранк, NE; Смайли, JT (1994). "Влияние растения-хозяина на Parasyrphus melanderi Curran (Diptera: Syrphidae), питающегося ивовым листоедом Chrysomela aeneicollis Schaeffer (Coleoptera: Chrysomelidae)". Экологическая энтомология . 19 : 31–38. doi :10.1111/j.1365-2311.1994.tb00387.x. S2CID  85082871.
  19. ^ ab Smiley, JT; Rank, NE (1986). «Защита от хищников против быстрого роста горного листоеда». Oecologia . 70 (1): 106–112. Bibcode : 1986Oecol..70..106S. doi : 10.1007/BF00377117. PMID  28311293. S2CID  24472517.
  20. ^ Сирс, Анна Л. В.; Смайли, Джон Т.; Хилкер, Моника; Мюллер, Франк; Ранк, Натан Э. (2001). «Гнездовое поведение и использование добычи в двух географически разделенных популяциях специализированной осы Symmorphus cristatus (Vespidae: Eumeninae)». The American Midland Naturalist . 145 (2): 233–246. doi :10.1674/0003-0031(2001)145[0233:NBAPUI]2.0.CO;2. hdl : 10211.1/796 . S2CID  6122463.
  21. ^ Отто, СБ; Берлоу, ЭЛ; Ранк, НЭ; Смайли, Дж.; Броуз, У. (2008). «Разнообразие и идентичность хищников определяют силу взаимодействия и трофические каскады в пищевой сети». Экология . 89 (1): 134–44. Bibcode : 2008Ecol...89..134O. doi : 10.1890/07-0066.1. hdl : 10211.1/799 . ISSN  0012-9658. PMID  18376555.
  22. ^ Dahlhoff, EP; Fearnley, SL; Bruce, DA; Gibbs, AG; Stoneking, R.; Mc Millan, DM; Deiner, K.; Smiley, JT; Rank, NE (2008). «Влияние температуры на физиологию и репродуктивный успех горного листоеда: последствия для устойчивости местных популяций, выдерживающих изменение климата». Physiological and Biochemical Zoology . 81 (6): 718–732. doi :10.1086/590165. hdl : 10211.1/506 . ISSN  1522-2152. PMID  18956974. S2CID  15923123.
  23. ^ Робертс, КТ; Ранк, NE; Дальхофф, EP; Стиллман, JH; Уильямс, CM (2021). «Снег модулирует зимнее использование энергии и воздействие холода через градиент высоты у горного эктотерма». Global Change Biology . 27 (23): 6103–6116. doi : 10.1111/gcb.15912 . PMID  34601792. S2CID  238257035.
  24. ^ Робертс, Кевин Т.; Стиллман, Джонатан Х.; Ранк, Натан Э.; Дальхофф, Элизабет П.; Брейсвелл, Райан Р.; Элмор, Джоанна; Уильямс, Кэролайн М. (2023). «Транскриптомные данные указывают на то, что горные листоеды отдают приоритет пищеварению и размножению в зависимости от пола во время выхода из состояния покоя». Сравнительная биохимия и физиология, часть D: Геномика и протеомика . 47 : 101088. doi : 10.1016/j.cbd.2023.101088 . PMID  37210884. S2CID  258782562.
  25. ^ Boychuck, EC; Smiley, JT; Dahlhoff, EP; Bernards, MA; Rank, NE; Sinclair, BJ (2015). «Устойчивость к холоду горного листоеда Сьерра, Chrysomela aeneicollis». Журнал физиологии насекомых . 81 : 157–166. doi : 10.1016/j.jinsphys.2015.07.015 . PMID  26231921.
  26. ^ Ранк, NE; Итурральде, К.; Дальхофф, Э.П. (2006). «Роль состязаний в системе скрещивания и конкуренции листоеда». Журнал поведения насекомых . 19 (6): 699–716. Bibcode : 2006JIBeh..19..699R. doi : 10.1007/s10905-006-9051-2. S2CID  5267930.
  27. ^ Дик, CA; Ранк, NE; Маккарти, M.; МакВини, S.; Холлис, D.; Дальхофф, EP (2013). «Влияние изменения температуры на поведение самцов и успешность спаривания у горного жука». Физиологическая и биохимическая зоология . 86 (4): 432–440. doi :10.1086/671462. PMID  23799837. S2CID  37549202.
  28. ^ ab Rank, NE; Dahlhoff, EP (2002). «Сдвиги частоты аллелей в ответ на изменение климата и физиологические последствия аллозимной изменчивости у горных насекомых». Эволюция . 56 (11): 2278–2289. doi : 10.1111/j.0014-3820.2002.tb00151.x . PMID  12487357. S2CID  16196224.
  29. ^ ab Rank, Nathan E; Mardulyn, Patrick; Heidl, Sarah J; Roberts, Kevin T; Zavala, Nicolas A; Smiley, John T; Dahlhoff, Elizabeth P (2020). «Митоядерное несоответствие изменяет производительность и репродуктивный успех в естественно интрогрессированных популяциях горного листоеда». Evolution . 74 (8): 1724–1740. doi : 10.1111/evo.13962 . PMID  32246837.
  30. ^ ab Rank, NE (1992). "Иерархический анализ генетической дифференциации у горного листоеда (Chrysomela aeneicollis)". Эволюция . 46 (4): 1097–1111. doi : 10.1111/j.1558-5646.1992.tb00622.x . PMID  28564415. S2CID  25176689.
  31. ^ ab Dahlhoff, EP; Rank, NE (2000). «Функциональные и физиологические последствия генетической изменчивости фосфоглюкозоизомеразы: экспрессия белка теплового шока связана с генотипом фермента у горного жука». Труды Национальной академии наук, США . 97 (18): 10056–10061. Bibcode : 2000PNAS...9710056D. doi : 10.1073/pnas.160277697 . PMC 27685. PMID  10944188 . 
  32. ^ Neargarder, GG; Dahlhoff, EP; Rank, NE (2003). «Изменение термоустойчивости связано с генотипом фосфоглюкозоизомеразы у горного листоеда». Functional Ecology . 17 (2): 213–221. Bibcode : 2003FuEco..17..213N. doi : 10.1046/j.1365-2435.2003.00722.x.
  33. ^ Mc Millan, DM; Fearnley, SL; Rank, NE; Dahlhoff, EP (2005). «Естественное изменение температуры влияет на выживаемость личинок, развитие и экспрессию Hsp70 у листоеда». Functional Ecology . 19 (5): 844–852. Bibcode :2005FuEco..19..844M. doi : 10.1111/j.1365-2435.2005.01031.x .
  34. ^ Дальхофф, Э.П.; Ранк, Н.Е. (2007). «Роль стрессовых белков в реакциях горного ивового листоеда на изменение температуры окружающей среды». Журнал биологических наук . 32 (3): 477–488. doi :10.1007/s12038-007-0047-7. hdl : 10211.1/798 . PMID  17536167. S2CID  9232969.
  35. ^ Ранк, NE; Брюс, DA; Макмиллан, DM; Барклай, C.; Дальхофф, EP (2007). «Генотип фосфоглюкозоизомеразы влияет на скорость бега и экспрессию белка теплового шока после воздействия экстремальных температур у горного ивового жука». Журнал экспериментальной биологии . 210 (5): 750–764. doi : 10.1242/jeb.02695 . PMID  17297136. S2CID  17231202.
  36. ^ Брейсвелл, Р. Р.; Стиллман, Дж. Х.; Дальхофф, Э. П.; Смедс, Э.; Чатла, К.; Бахтрог, Д.; Уильямс, К. М.; Ранк, Н. Э. (2023). «Сборка генома в масштабе хромосом и оценка вариации мтДНК у ивового листоеда Chrysomela aeneicollis». bioRxiv . 13 (7): 2023–04. 19.537531. doi :10.1093/g3journal/jkad106. PMC 10320752 . PMID  37178174. 

Дальнейшее чтение