Симбиотическая бактерия Wolbachia в популяциях вредителя хвойных лесов Dendrolimus superans sibiricus Tschetverikov, 1908 (Lepidoptera: Lasiocampidae)

Сибирский шелкопряд – крайне опасный вредитель хвойных деревьев, в особенности лиственницы и различных видов сосен. Вспышки численности сибирского шелкопряда приводят к дефолиации и гибели лесов на обширных площадях в азиатской части Российской Федерации. Многие биологические агенты, такие как вирусы, патогенные микроорганизмы и паразитоиды, сдерживают рост популяции вредителя. В данной работе рассмотрен непатогенный симбиотический микроорганизм Wolbachia, который передается от особи к особи трансовариально и может оказывать серьезное влияние на биологию вида-хозяина. Потенциально Wolbachia может как сдерживать, так и стимулировать рост популяции вредителя, что и определяет ключевой интерес исследования. Две выборки сибирского шелкопряда, собранные в 2014 и 2016 гг. в Хабаровском крае, были исследованы на присутствие Wolbachia. Обнаружена высокая частота инфицированных особей сибирского шелкопряда. Доля носителей эндосимбионта в 2014 г. составила 100 % и в 2016 г. – 90 %. Кроме того, в исследованной популяции сибирского шелкопряда на основании протокола мультилокусного генотипирования по генам f tsZ и f bpA обнаружено присутствие по меньшей мере двух штаммов Wolbachia, характеризующихся аллельными вариантами f tsZ-36, f bpA-4 и f tsZ-22, f bpA-9. В статье обсуждается возможная роль Wolbachia в симбиотической ассоциации с сибирским шелкопрядом и направления дальнейших исследований.

1. Ahmed M.Z., Araujo-Jnr E.V., Welch J.J., Kawahara A.Y. Wolbachia in butterflies and moths: geographic structure in infection frequency. Frontiers Zoology. 2015;12(1):1.

2. Ahmed M.Z., Breinholt J.W., Kawahara A.Y. Evidence for common horizontal transmission of Wolbachia among butterflies and moths. BMC Evol. Biol. 2016;16(1):1.

3. Baldo L., Dunning Hotopp J.C., Jolley K.A., Bordenstein S.R., Biber S.A., Choudhury R.R., Hayashi C., Maiden M.C., Tettelin H., Werren J.H. Multilocus sequence typing system for the endosymbiont Wolbachia pipientis. Appl. Environ. Microbiol. 2006;72(11):7098-7110.

4. Choudhury R., Werren J.H. Unpublished primers. 2006. Available at http://troi.cc.rochester.edu/~wolb/FIBR/downloads.html#protocols.

5. Dedeine F., Vavre F., Fleury F., Loppin B., Hochberg M.E., Bouletreau M. Removing symbiotic Wolbachia bacteria specifically inhibits oogenesis in a parasitic wasp. Proc. Natl. Acas. Sci. 2001;98(11): 6247-6252.

6. Dobson S.L., Bourtzis K., Braig H.R., Jones B.F., Zhou W., Rousset F., O’Neill S.L. Wolbachia infections are distributed throughout insect somatic and germ line tissues. Insect Biochem. Mol. Biology. 1999; 29(2):153-160.

7. Dobson S.L., Marsland E.J., Rattanadechakul W. Mutualistic Wolbachia infection in Aedes albopictus: Accelerating cytoplasmic drive. Genetics. 2002;160:1087-1094.

8. Dong P., Wang J.-J., Hu F., Jia F.-X. Influence of Wolbachia infection on the fitness of the stored-product pest Liposcelis tricolor (Psocoptera: Liposcelididae). J. Econ. Entomol. 2007;100(4):1476-1481.

9. Edgar R.C. MUSCLE: multiple sequence alignment with high accuracy and high throughput. Nucl. Acids Res. 2004;32(5):1792-1797.

10. Gninenko Y.I., Orlinskii A.D. Dendrolimus sibiricus in the coniferous forests of European Russia at the beginning of the twenty-first century. Eppo Bull. 2002;32(3):481-483.

11. Grodnitskiy D.L. Siberian silk moth and the fate of fir taiga. Priroda = Nature. 2004;11:49-56. (in Russian)

12. Harcombe W., Hoffmann A.A. Wolbachia effects in Drosophila melanogaster: in search of fitness benefits. J. Invertebrate Pathology. 2004;87:45-50.

13. Hosokawa T., Koga R., Kikuchi Y., Meng X.-Y., Fukatsu T. Wolbachia as a bacteriocyte- associated nutritional mutualist. Proc. Natl. Acad. Sci. 2010;107(2):769-774.

14. Huafeng L.F., Meizhen L.Z., Cui H. Pathogenic effect of Beauveria bassiana infected on Dendrolimus punctatus under different temperature and humidity. Chin. J. Appl. Ecol. 1998;9:195-200.

15. Ilinskiy Yu.Yu., Yudina M.A., Kalmykova Ye.A., Bykov R.A., Vysochina N.P., Vinarskaya N.P., Zakharov I.K. Wolbachia infection among fleas (Siphonaptera: Insecta) of Sverdlovsk region and Khabarovsk territory. Ekologicheskaya genetika = Ecological genetics. 2013;11(1):32-35. (in Russian)

16. Koltunov E.V., Erdakov L.N. Features of the long-term cyclic occurrence of outbreaks of different Siberian moth (Dendrolimus superans sibiricus Tschetv.) populations in Siberia. Sovremennye problemy nauki i obrazovaniya = Modern Problems of Science and Education. 2013;6. (in Russian)

17. Kondakov Yu.P. Massovye razmnozhenija sibirskogo shelkoprjada v lesah Krasnojarskogo kraja [Population booms of Siberian silk moth in the forests of the Krasnoyarsk Kray]. Entomologicheskie issledovaniya v Sibiri [Entomological Studies in Siberia]. Krasnoyarsk, 2002;2:25-74. (in Russian)

18. Kremer N., Voronin D., Charif D., Mavingui P., Mollereau B., Vavre F. Wolbachia interferes with ferritin expression and iron metabolism in insects. PLoS Pathog. 2009;5(10):e1000630.

19. McCall J.W., Kramer L., Genchi C., Guerrero J., Dzimianski M.T., Mansour A., McCall S.D., Carson B. Effects of doxycycline on heartworm embryogenesis, transmission, circulating microfilaria, and adult worms in microfilaremic dogs. Vet. Parasitol. 2014;206(1): 5-13.

20. Mikkola K., Stahls G. Morphological and molecular taxonomy of Dendrolimus sibiricus Chetverikov stat. rev. and allied lappet moths (Lepidoptera: Lasiocampidae), with description of a new species. Entomol. Fennica. 2008;19(2):65.

21. Osborne S.E., Leong Y.S., O’Neill S.L., Johnson K.N. Variation in antiviral protection mediated by different Wolbachia strains in Drosophila simulans. PLoS Pathog. 2009;5(11):1- 9.

22. Rozhkov A.S. Sibirskiy shelkopryad [Siberian silk moth]. Moscow, AN SSSR Publ., 1963. (in Russian)

23. Rozhkov A.S. Massovoe razmnozhenie sibirskogo shelkopryada i mery borby s nim [Population booms of Siberian silk moth and methods for controlling them]. Moscow, Nauka Publ., 1965. (in Russian)

24. Salunke B.K., Salunkhe R.C., Dhotre D.P., Walujkar S.A., Khandagale A.B., Chaudhari R., Chandode R.K., Ghate H.V., Patole M.S., Werren J.H., Shouche Y.S. Determination of Wolbachia diversity in butterflies from Western Ghats, India, by a multigene approach. Appl. Environ. Microbiol. 2012;78:4458–4467.

25. Salunkhe R.C., Narkhede K.P., Shouche Y.S. Distribution and evolutionary impact of Wolbachia on butterfly hosts. Indian J. Microbiol. 2014;54(3):249-254.

26. Starr D.J., Cline T.W. A host parasite interaction rescues Drosophila oogenesis defects. Nature. 2002;418:76-79.

27. Sungpradit S., Nuchprayoon S. Wolbachia of arthropods and filarial nematodes: biology and applications. Chula Med. J. 2010;54:605-621.

28. Tagami Y., Miura K. Distribution and prevalence of Wolbachia in Japanese populations of Lepidoptera. Insect Mol. Biol. 2004;13(4): 359-364.

29. Tamura K., Stecher G., Peterson D., Filipski A., Kumar S. MEGA6: Molecular Evolutionary Genetics Analysis version 6.0. Mol. Biol. Evol. 2013;30:2725-2729.

30. Teixeira L., Ferreira A., Ashburner M. The bacterial symbiont Wolbachia induces resistance to RNA viral infections in Drosophila melanogaster. PLoS Biol. 2008;6(12):2753-2763.

31. van Nouhuys S., Kohonen M., Duplouy A. Wolbachia increases the susceptibility of a parasitoid wasp to hyperparasitism. J. Exp. Biol. 2016;219(19):2984-2990.

32. Weisman N.Ya., Ilinskiy Yu.Yu., Golubovskiy M.D. Population genetic analysis of Drosophila melanogaster lifespan: similar effects of Wolbachia endosymbiont and tumor suppressor lgl under temperature stress. Zhurnal obshchey biologii = Journal of General Biology. 2009;70(5):425-434. (in Russian)

33. Werren J.H., Windsor D. Wolbachia infection frequencies in insects: evidence of a global equilibrium? Proc. Roy. Soc. Lond. 2000;267: 1277-1285.

34. Werren J.H., Baldo L., Clark M.E. Wolbachia: master manipulators of invertebrate biology. Nature Rev. Microbiol. 2008;6(10):741-751.

35. Zabal-Aguirre M., Arroyo F., Bella J.L. Distribution of Wolbachia infection in Chorthippus parallelus populations within and beyond a Pyrenean hybrid zone. Heredity. 2010;104(2):174-184.

36. Zolotukhin V.V. Kokonopryady (Lepidoptera: Lasiocampidae) fauny Rossii i sopredelnyh territoriy [Lasiocampidae (Lepidoptera) of Russia and adjacent territories]. Ulyanovsk, Korporatsiya tehnologiy prodvizheniya Publ., 2015. (in Russian)