Ожидается, что в следующем столетии продолжительность зимы сократится на месяц, а поскольку изменение климата уже происходит, многие виды насекомых испытывают серьезные последствия. В некоторых случаях изменение климата способствовало расширению круга насекомых-вредителей, таких как моль Ostrinia и светлячки, а в других случаях количество полезных опылителей сократилось.
Авторы исследования отметили, что, несмотря на важность круглогодичных ритмов для способности насекомых адаптироваться к быстро меняющимся условиям окружающей среды, мало что известно о механизмах, лежащих в основе этого явления.
Более ранняя весенняя активность и выход из спящего зимнего состояния (диапауза) могут позволить популяциям насекомых искать и находить благоприятные условия и производить больше поколений в год, что улучшает выживаемость насекомых перед лицом быстрых изменений окружающей среды.
Проведя широкое сканирование генома кукурузного мотылька среди пяти популяций моли с различной диапаузой, авторы обнаружили, что два гена, коррелирующих с этой активностью, – это гены периода (per) и рецептор фактора диспергирования пигмента (Pdfr). Авторы также предсказывают, что интенсивный отбор вариантов этих двух генов, вероятно, будет важен для адаптации и расширения ареала в условиях продолжающегося глобального изменения климата.
«Теперь мы можем начать изучать эти гены у других насекомых, чтобы увидеть, как вариации могут быть связаны с изменениями времени, когда они переходят в состояние покоя перед зимой и когда они« просыпаются »весной», – сказала Женевьева Козак. автор исследования, которое было предметом ее постдокторской работы на факультете биологии Университета Тафтса. "Зная немного о белках, которые кодируют эти гены, мы можем начать связывать молекулярные механизмы с поведением насекомых и физиологической реакцией на климат."
Как per, так и Pdfr, как известно, взаимодействуют с нейронами, задающими циркадный ритм в мозге насекомых, где их роль заключается в синхронизации биологической активности с суточными циклами дня и ночи (исследования per привели к получению Нобелевской премии в 2017 году). Интересно отметить, что эти два гена и их продукты, которые, как известно, координируют краткосрочные биологические циклы, как было обнаружено в этом исследовании, также важны для долгосрочных годовых циклов. Авторы предлагают связь между дневными часами и сезонным таймером.
«Хотя нам еще предстоит пройти долгий путь, завершение молекулярной картины может помочь биологам не только понять, но, возможно, предсказать и предвидеть влияние изменения климата на различные виды насекомых», – сказал Эрик Допман, профессор биологии в школе Университета Тафтса. наук и искусств и советник Козака. "Мы можем использовать эту информацию, чтобы направлять усилия по сохранению и борьбе с вредителями."
Это исследование было поддержано Национальным научным фондом (DEB-1257251, DEB-1256688, 2011-116050) и соглашением о сотрудничестве 58-5030-7-066 между Службой сельскохозяйственных исследований Министерства сельского хозяйства США (USDA-ARS), и Университет Тафтса.
Финансирование было также получено от проектов USDA-ARS CRIS-5030-22000-018-00D, CRIS-3625-22000-017-00 и Экспериментальной станции сельского хозяйства и домоводства Айовы, Эймс, штат Айова, проект 3543.