Ärvd sterilitet hos insekter
Nedärvd sterilitet hos insekter induceras genom substerilisering av doser av joniserande strålning . När delvis sterila hanar parar sig med vilda honor, ärvs de strålningsinducerade skadliga effekterna av F1 -generationen. Som ett resultat minskar äggkläckningen och den resulterande avkomman är både mycket steril och övervägande hanar. Jämfört med den höga strålning som krävs för att uppnå full sterilitet i Lepidoptera, ökar den lägre stråldosen som används för att inducera F1-sterilitet kvaliteten och konkurrenskraften hos de frigjorda insekterna mätt genom förbättrad spridning efter frisättning, ökad parningsförmåga och överlägsen spermiekonkurrens.
Historia
Områdesövergripande integrerade skadedjursbekämpningsprogram som använder den sterila insektstekniken (SIT) som en komponent har varit framgångsrika mot ett antal skadedjursflugor eller diptera såsom New World skruvmask , Cochliomyia hominivorax , olika arter av fruktflugor av tephritidae och mot tsetseflugor ( Glossinidae). De flesta nattfjärilar eller lepidopteraer är dock mer resistenta mot strålning än dipteraer, och som en följd av detta minskar den högre stråldos som krävs för att fullständigt sterilisera lepidopteraer deras prestanda i fält. Ett tillvägagångssätt för att kringgå de negativa effekterna förknippade med den höga radioresistensen hos Lepidoptera -skadegörare har varit användningen av ärftlig sterilitet eller F1-sterilitet, som först dokumenterades i studier på kodlingmalen ( Cydia pomonella ) . Nedärvd sterilitet har också dokumenterats i Hemiptera -ordningen.
Silkesmasken Bombyx mori (Lepidoptera: Bombycidae ) var den första insekten hos vilken nedärvd sterilitet rapporterades. Sedan rapporterades ärftlig sterilitet hos den stora vaxmalen Galleria mellonella (Lepidoptera: Pyralidae ), hos kodlingmalen Cydia pomonella (Lepidoptera: Tortricidae ), hos den stora mjölkörten Oncopeltus fasciatus (Hemiptera: Lygaeidae ), hos Gonocerus Coremiangula : ), hos Rhodnius prolixus (Hemiptera: Reduviidae ) och hos den tvåfläckiga spindeln Tetranychus urticae ( Acari : Tetranychidae ).
Genetisk grund
De mekanismer genom vilka mutationer orsakar dödlighet i Diptera i den utvecklande zygoten är väl dokumenterade. Den primära lesionen som leder till en dominant dödlig mutation är ett brott i kromosomen, i detta fall inducerad av strålning. När ett avbrott induceras i en kromosom i mogna spermier, förblir den i detta tillstånd tills efter att spermierna har kommit in i ett ägg. Efter fusion börjar nukleära divisioner, och ett brott i en kromosom kan ha drastiska effekter på embryots livskraft allt eftersom utvecklingen fortskrider. Under tidig profas genomgår den trasiga kromosomen normal replikering, men under metafas kan de trasiga ändarna smälta samman vilket leder till bildandet av en dicentrisk kromosom och ett acentriskt fragment . Det acentriska fragmentet förloras ofta, medan det dicentriska fragmentet bildar en brygga vid anafas som leder till ytterligare ett kromosombrott. Hela denna process upprepar sig sedan, vilket leder till ackumulering av allvarliga obalanser i den genetiska informationen hos dottercellerna. Ansamlingen av denna genetiska skada leder slutligen till att zygoten dör).
Ordningar Diptera, Hymenoptera och Coleoptera kan klassas som strålningskänsliga, medan Lepidoptera, Homoptera och kvalster (Acari) är strålningsresistenta. En stor skillnad mellan dessa två grupper av insekter är att den förstnämnda gruppen har en lokaliserad centromer ( monokinetisk ), medan den senare har en diffus centromer ( holokinetisk ). Men nyare arbete antydde att lepidoptera-kromosomer är mellanliggande mellan holokinetiska och monocentriska kromosomer. I vilket fall som helst tros centromerskillnaden spela en stor, men inte exklusiv, roll för strålningskänsligheten. Det föreslogs att möjliga molekylära mekanismer som är ansvariga för den höga radioresistensen i Lepidoptera kan innefatta ett inducerbart cellåtervinningssystem och en DNA-reparationssonder.
Lepidoptera visar inte heller den klassiska breakage-fusion-bridge-cykeln som är karakteristisk för dominanta dödligheter inducerade i Diptera. Det verkar som att lepidoptera-kromosomer kan tolerera telomerförlust utan de drastiska effekter som detta har på kromosomer i andra ordningar. Lepidoptera-kromosomer har en lokaliserad kinetokorplatta till vilken spindelmikrotubuli fäster under celldelning . Kinetochoreplattorna är stora och täcker en betydande del av kromosomlängden, vilket säkerställer att fler strålningsinducerade brott inte kommer att leda till förlust av kromosomfragment som är typiskt hos arter med monocentriska kromosomer. Hos arter med stora kinetokorplattor kan fragmenten kvarstå under ett antal mitotiska celldelningar och kan till och med överföras via könsceller till nästa generation. Plattorna minskar också risken för dödlighet orsakad av bildandet av dicentriska kromosomer, acentriska fragment och andra instabila aberrationer.
Fältansökan
Den sterila F1-avkomman som produceras i fält förbättrar effektiviteten hos frigivna delvis sterila hanar och förbättrar kompatibiliteten med andra skadedjursbekämpningsstrategier. Till exempel kan närvaron av F1 steril avkomma användas för att öka uppbyggnaden av naturliga fiender i fältet. Dessutom kan F1 steril avkomma användas för att studera potentiella värden och geografiska områden av exotiska lepidoptera skadedjur.
Fältprogram som släpper ut bestrålade nattfjärilar under en SIT eller ärftlig sterilitetsmetod har varit i drift sedan 1960-talet. Den rosa bollmasken, Pectinophora gossypiella, har framgångsrikt funnits sedan 1969 i bomullsområden i San Joaquin Valley i Kalifornien och är framgångsrikt målsatt för utrotning från bomullsområden i sydvästra USA och nordvästra Mexiko. Sedan början av 1990-talet har kodlingmalen framgångsrikt undertryckts i äppel- och päronproduktionsområden i Okanagan Valley i British Columbia, Kanada, och länder som Argentina, Brasilien och Sydafrika har planer eller program mot denna skadegörare. Nya Zeeland utrotade utbrott av den australiensiska målade äppelmalen Teia anartoides . Mexiko utrotade utbrott av kaktusmalen, Cactoblastis cactorum och USA innehåller dess frammarsch längs Mexikanska golfens kust. Sydafrika har ett program för att bekämpa den falska kodlingmalen Thaumatotibia leucotreta i citrusodlingar. Bekämpning av de flesta mal-skadegörare hämmas av den ökade resistensen mot de mest använda bredspektruminsekticiderna; därför är potentialen för utökad implementering av ärftlig sterilitet som en del av ett områdesomfattande integrerat tillvägagångssätt betydande.