Обоснование генетических методов борьбы с вредными видами насекомых из отрядов Diptera и Lepidoptera тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 03.00.15, доктор биологических наук в форме науч. докл. Анисимов, Анатолий Иванович

• Анисимов, Анатолий Иванович
• доктор биологических наук в форме науч. докл.
• 1997

Заключение диссертации по теме «Генетика», Анисимов, Анатолий Иванович

Основные выводы.

1. У бабочек и мух выявлено нескольких типов стерильности, связанных с потерей половой активности насекомых, снижением продукции нормальных половых клеток, ранней и поздней эмбриональной и постэмбриональной гибелью и показано, что в их основе лежат разные генетические повреждения, которые с существенной, зависимой от дозы облучения частотой могут наследоваться в ряду поколений и по разному (позитивно или негативно) влиять на эффективность генетической борьбы методом выпуска частично стерилизованных особей. Уровень и характер наследования этих повреждений у представителей отрядов Díptera и Lepidoptera различен и существенно зависит от пола облученных насекомых и их потомков.

2. Разная чувствительность самок и самцов чешуекрылых (3-х - 4-х кратная) к мутагенным воздействиям обусловлена различиями во времени реализации разрывов хромосом, индуцированных в ооцитах и сперматозоидах.

Полицентрическая организация хромосом определяет сохранение и нормальное расхождение их фрагментов, индуцированных в облученных сперматозоидах (постмейоти-ческие клетки), при митотических делениях клеток эмбрионов и препятствует проявлению доминантных летальных эффектов. Возникающие хромосомные аберрации реализуются в виде повышенной стерильности потомков F1 (гибели эмбрионов F2).

При облучении же ооцитов (премейотические клетки) разрывы хромосом приводят к гибели эмбрионов F1, что предполагает функционально "моноцентрическое" поведение полицентрических хромосом чешуекрылых в мейозе.

3. Возрастание частоты гибели эмбрионов яблонной плодожорки на поздних стадиях развития и сдвиг соотношения полов (в пользу самцов) в потомстве облученных самцов нельзя объяснить только индукцией рецессивных сцепленных с полом летальных мутаций, что заставляет предполагать реализацию части индуцированных разрывов полицентрических хромосом чешуекрылых или образовавшихся на их основе хромосомных аберраций в виде доминантных летальных мутаций, причем преимущественно у самок Р1.

4. Различия в уровне чувствительности ооцитов бабочек и мух к облучению по частоте доминантных летальных мутаций (5-ти кратное) не может быть объяснено разницей во времени реализации разрывов полицентрических хромосом чешуекрылых и моноцентрических двукрылых, что заставляет предполагать существование дополнительных механизмов, которые обеспечивают возникновение меньшего количества индуцируемых облучением разрывов или отсутствие доминантного летального эффекта при потере фрагментов многих хромосом чешуекрылых. В сочетании со спецификой реализации индуцированных в сперматозоидах разрывов хромосом эти механизмы приводят к 15-20 кратному различию в уровне радиочувствительности самцов двукрылых и чешуекрылых.

5. У весенней капустной мухи разработана методика и оценены частоты выделения транслокаций хромосом без помощи морфологических маркеров. Выделено более 60 линий с такими мутациями, около половины которых оказались сцепленными с мужским полом. Показано, что у весенней капустной мухи мужской пол определяется доминантным фактором, локализованным в самой крупной аутосоме № 6, а не в У-хро-мосоме.

У яблонной плодожорки выделено несколько линий с мутациями, вызывающими морфологические изменения. Одна из них (доминантная) является следствием жизнеспособной в гомозиготе транслокации хромосом, которая обеспечивает 50%-ное возрастание гибели эмбрионов на поздних стадиях развития в потомстве гетерозиготных особей.

Среди выделенных транслокаций выявлены мутации, не снижающие жизнеспособность и конкурентоспособность гетерозиготных самцов, перспективные для генетической борьбы с весенней капустной мухой и яблонной плодожоркой.

6. Разработана оригинальная методика выделения и создана коллекция рецессивных сцепленных с полом летальных мутаций у яблонной плодожорки, имеющих специфическое проявление на эмбриональной стадии развития. Отобраны перспективные для генетической борьбы мутации, повышающие конкурентоспособность гетерозиготных самцов.

7. У яблонной плодожорки выделены моновольтинные линии с доминантной чувствительностью к пищевому фактору (образуется в яблоках по мере их созревания), стимулирующему диапаузу в условиях длинного дня. Пищевая система регуляции диапаузы может быть столь же эффективной и действует независимо от фотопериодической. Результат работы этих систем в природе может быть модифицирован действием наследственных факторов, влияющих на скорость развития гусениц и их выход из диапаузы. Определяющие эти признаки и чувствительность к пищевому стимулятору диапаузы генные комплексы наследуются независимо.

8. Выявлен высокий уровень внутри- и межпопуляционной изменчивости по характеру фотопериодической реакции и типу развития в популяциях весенней и летней капустных мух, что позволяет выделять линии с доминантной бездиапаузностью, пригодные для генетической борьбы.

9. Для видов из отряда Lepidoptera предложена схема получения только мужского потомства. У весенней капустной мухи подобраны концентрации димилина (ингибитор синтеза хитина), вызывающие избирательную стерилизацию самок.

10. Обоснована необходимость и принципы комплексной количественной оценки конкурентоспособности самцов как основного биологического агента при осуществлении генетической борьбы с вредными насекомыми. Выведены новые более точные уравнения для рассчета коэффициентов конкурентоспособности самцов, имеющих повышенную стерильность. Они позволяют применять параметрические критерии для статистического анализа значений коэффициентов с помощью составленных формул для рассчета их стандартных ошибок.

11. Разработаны математические модели и пакет программ для персональных компьютеров, позволяющие моделировать выпуски в природные популяции мутантных (с одной и двумя транслокациями, с доминантными условно-летальными и рецессивными сцепленными с полом летальными), облученных в разных дозах вредных насекомых и их потомков F1, а также облученных мутантных линий в разных соотношениях к природным. Модели учитывают специфику хромосомной детерминации пола у представителей отрядов Díptera и Lepidoptera и характер влияния индуцированных или выделенных мутаций на весь комплекс показателей репродуктивного потенциала выпускаемых особей и их потомков, включая: конкурентоспособность, плодовитость, эмбриональную и постэмбриональную гибель, соотношение полов, как минимум в трех поколениях после выпуска.

12. На примере яблонной плодожорки и весенней капустной мухи показано, что для представителей отряда Díptera более рациональна разработка генетического метода борьбы на основе транслокаций (минимум двух) хромосом, а для Lepidoptera на основе сочетания рецессивных сцепленных с полом летальных мутаций и облучения радиацией в оптимальной дозе. При этом для мух необходимо наличие системы разделения полов или избирательной стерилизации самок, а для бабочек наличие таких систем повышает эффективность генетической борьбы, но не является строго обязательным. ралмма -тт

Основные работы, опубликованные по теме диссертпции.

1. Anisimov A.I., Litvinova Е.М., Lazurkina N.V., 1978. Development of special genetics of apple worm. The XIV-th Intern. Congress of Genetics. Moscow, USSR, Septemer 1978. Abstracts, Part I, p. 479.

2. Анисимов А.И., 1981. Сбалансированные летальные мутации в половых хромосомах - вариант генетического метода борьбы с яблонной плодожоркой. В сб. докладов симпоз. "Экологическое обоснование генетических методов борьбы с яблонной плодожоркой и другими вредителями". Познань, ПНР., 10-14 сентября 1981 г. Изд. КОЦ СЭВ, стр. 43-47.

3. Анисимов А.И., Гиберт А.Я., Дементьева H.A., 1983. Оценка качества лабораторных мутантных линий яблонной плодожорки. Материалы симп. по теме СЭВ 12.IV и 12.VTI "Изучение паразитов и хищников членистоногих и изучение физических и генетических методов уничтожения вредителей сельскохозяйственных культур". Смоленице, ЧССР, 1117 сентября 1983 г. Изд. Ин-та Эксп. Фитопатологии и Энтомологии ЦБН Словацкой АН, Иванка при Дунае, под ред А.Губа, 1983, стр. 68-72.

4. Лазуркина Н.В., Буда В.Г., Анисимов А.И., 1983. Исследование двигательной активности и реакции на феромон потомства от облученных родителей яблонной плодожорки. Материалы симп. по теме СЭВ 12.IV и 12.VII "Изучение паразитов и хищников членистоногих и изучение физических и генетических методов уничтожения вредителей сельскохозяйственных культур". Смоленице, ЧССР, 11-17 сентября 1983 г. Изд. Ин-та Эксп. Фитопатологии и Энтомологии ЦБН Словацкой АН, Иванка при Дунае, под ред А.Губа, 1983, стр. 73-78.

5. Буров В.Н., Сазонов А.П., Анисимов А.И., Сметник А.И., 1984. Альтернативные методы защиты растений. В кн. "Научные основы защиты растений", под ред. Новожилова К.В., М., "Колос", стр. 219-245.

6. Самойлов Ю.Б., Анисимов А.И., 1984. Генетические методы борьбы с весенней капустной мухой. Сообщение 1. Выделение мутаций с наследуемой полустерильностью. Генетика, т. XX, № 12, стр. 1986-1991.

7. Анисимов А.И., Самойлов Ю.Б., 1985. Лабораторное испытание сцепленной с мужским полом транслокации для снижения численности весенней капустной мухи. Информационный бюлл. ВПС МОББ, № 10, стр. 49-57.

8. Гользберг К.Л., Анисимов А.И., 1985а. Результаты селекции на отсутствие фотопериодической диапаузы у летней капустной мухи. Бюлл. ВНИИ защиты растений, Л., №69, стр. 19-22.

9. Анисимов А.И., 1985. Пути использования мутантных линий вредных членистоногих для генетической борьбы с ними. В сб. "Генетические и биофизические методы в защите растений". Труды ВИЗР под ред. А.И.Анисимова и Л.М.Логиновой, изд. ВИЗР, Л., стр. 8-22.

10. Шведов А.Н., Литвинова Е.М., Анисимов А.И., 1985. Индукция этилметансульфо-натом и выделение рецессивных сцепленных с полом летальных мутаций у яблонной плодожорки. В сб. "Генетические и биофизические методы в защите растений", под ред. АИ.Анисимова и Л.М.Логиновой., изд. ВИЗР, Л., стр. 23-26.

11. Анисимов А.И., 1985. О состоянии исследований в области физических и генетических методов защиты растений в странах-членах СЭВ по сравнению с соответствующими исследованиями в других странах. Протокол XVII заседания представителей НРБ, ВНР, ГДР, ПНР, СССР, ЧССР, СФРЮ в Совете уполномоченных по проблеме КНТС-12; Киев (СССР), ноябрь 1985., Приложение 8,21 стр.

12. Гользберг К.Л., Анисимов А.И., 19856. Генетические основы индивидуальной изменчивости индуцируемой фотопериодом диапаузы у капустных мух (Díptera, Anlho-myiidae). Зоол. ж., т. LXIV, вып. 6, стр. 857-864.

13. Гользберг К.Л., Анисимов А.И., 1985в. Селекция на отсутствие диапаузы у весенней капустной мухи Delia brassicae. Bouche (Díptera, Anihomyidaè). Энтомологическое обозрение, t.LXIV, вып.4, стр. 669-674.

14. Анисимов А.И., Лазуркина Н.В., 1985. Изучение особенностей спаривания потомков первого поколения при облучении самцов и самок яблонной плодожорки. Бюлл. ВИЗР, № 60, стр. 53-57.

15. Буров В.Н., Сазонов А.П., Анисимов А.И., Сметник А.И., 1986. Перспективные методы. Защита растений, № 1, стр. 23-26.

16. Гользберг К.Л., Акимов А.Г., Анисимов А., 1986. Особенности фотопериодической индукции диапаузы у весенней капустной мухи Delia brassicae (Díptera, Anthomyidae). Зоол. ж., t.LXV, № 12, стр. 1858-1863.

17. Anisimov A.I., Samoilov Ju.B., 1987. Autosomal sex-determination in the cabage root fly, Delia brassicae. Proc. 2nd Intern. Symp. "Fruit Flies". Crete, Greece, 15-18 September 1987. Ed. by A.P.Economopoulos, Athens, Greece, pp. 241-244.

18. Анисимов А.И., Лазуркина H.B., 1987. Анализ частоты ранней гибели эмбрионов в потомстве самок и самцов яблонной плодожорки, облученных гамма-лучами. Бюлл. ВИЗР, № 69, стр. 38-41.

19. Анисимов А.И., Лазуркина Н.В., 1988. Влияние индуцированных наследственных изменений на поведение яблонной плодожорки. Информационный бюлл. ВПС МОББ, №20, стр. 82-86.

20. Matolin S., Anisimov A.I., 1988. Embryonic sex-linked recessive lethal mutations in the codling moth, Cydia pomonella (Lepidoptera, Tortricidae). Acta Entomol. Bohemoslov., n 85, pp. 116-119.

21. Анисимов А.И., Лазуркина H.В., Шведов А.Н., 1988. Особенности индукции и наследования стерильности при действии разных доз гамма-лучей на яблонную плодожорку. Информационный бюлл. ВПС МОББ, № 22, стр. 5-11. страница -tu

22. Гользберг К.Л., Анисимов А.И., 1988. Генетический полиморфизм и возможности селекции по характеру фотопериодической регуляции диапаузы в природных популяциях весенней капустной мухи. Информационный бюлл. ВПС МОББ, № 22, стр. 32-37.

23. Anisimov A.I., Burov V.N., Golzberg K.L., 1988. Inherited polymorphism in response to photoperiod in natural populations of cabbage root fly. Proc. Intern. Symp. "Endocrinological Frontiers in Physiological Insect Ecology". Ed. by F.Sehnal, A.Zabza and D.L.Denlinger. Szklorska Pogreba, Poland, 7-12 Sept. 1987, Wroclaw Technical University Press, pp. 287-291.

24. Гользберг К.Л., Анисимов А.И., 1988. Гетерогенность природных популяций весенней капустной мухи по качественной фотопериодической реакции. Ж. общ. биол., т. 69, № 5, стр. 664-669.

25. Anisimov A.I., 1988. Investigation on sex-linked recessive lethal mutations as a possible mechanism for the genetic control of lepidopterous pests. Proc. IAEA and FAO Internetion. Symp. "Modern Insect Control: Nuclear Techniques and Biotechnology". 16-20 November 1987, Vienna, Austria. Pabl. IAEA, Vienna, 1988, pp. 65-76.

26. Anisimov A.I., Lazurkina N.V., Shvedov A.N., 1988. Radiation indused damages influencing the suppressive effect of inherited sterility in the codling moth. Proc. IAEA and FAO Intern. Symp. "Modern Insect Control: Nuclear Techniques and Biotechnology". 16-20 November 1987, Vienna, Austria. Pabl. IAEA, Vienna, 1988, pp. 423-424.

27. Лазуркина H.B., БудаВ.Г., Анисимов А.И., 1988. Полетная активность и реакция на синтетический половой феромон самцов лабораторных линий яблонной плодожорки с фенотипическими мутациями. Хеморецепция насекомых, № 10, Вильнюс, стр. 92-97

28. Лазуркина Н.В., Анисимов А.И., 1988. Оценка конкурентоспособности частично и полностью стерилизованных гамма-лучами самцов яблонной плодожорки. В сб. докладов симп. специалистов стран-членов СЭВ по теме СЭВ III. 1.2.4 "Генетические и физические методы борьбы с вредными членистоногими". Ческе Будейовице, ЧССР, 22-25 октября 1988 г. Изд. Ин-та Энтомологии ЧСАН, Ческе Будейовице, ЧССР, под ред. Л.Ондрачека и Ф.Мареца, 1988, стр. 1-8.

29. Шведов А.Н., Анисимов А.И. 1988. Оценка уровня потери половой активности потомков облученных гамма-радиацией самцов яблонной плодожорки. В сб. докладов симп. специалистов стран-членов СЭВ по теме СЭВ III. 1.2.4 "Генетические и физические методы борьбы с вредными членистоногими". Ческе Будейовице, ЧССР, 22-25 октября 1988 г. Изд. Ин-та Энтомологии ЧСАН, Ческе Будейовице, ЧССР, под ред. Л.Ондрачека и Ф.Мареца, 1988, стр. 9-17.

30. Гользберг К.Л., Анисимов А.И., 1988. Перенос транслокации, сцепленной с мужским полом, на гомологичную хромосому у весенней капустной мухи. В сб. докладов симп. специалистов стран-членов СЭВ по теме СЭВ III. 1.2.4 "Генетические и физические методы борьбы с вредными членистоногими". Ческе Будейовице, ЧССР, 22-25 октября 1988 г. Изд. Ин-та Энтомологии ЧСАН, Ческе Будейовице, ЧССР, под ред. Л.Ондрачека и Ф.Мареца, 1988, стр. 37-48.

31. Anisimov A.I., Lazurkina N.V., Shvedov A.N., 1989. Influence of radiation-indused genetic damages on the suppressive effect of inherited sterility in the codling moth, Laspeyresia pomonella (Lepidoptera: Torlricidae). Ann. Entomol. Soc. Amer., v. 82, n. 6, pp. 769-777.

32. Matolin S., Anisimov A.I., 1989. An embriological evaluation of sex-linked recessive lethal mutations in the codling moth. Proc. of the IV Intern. Symp. "Regulation of Insect Reproduction", Zinkovy, Czechoslovakia, 10-14 Sept. 1987, pp. 343-345.

33. Lazurkina N.V., Anisimov A.I., 1989. Gamma-irradiation induced chromosome aberrations detected in spermatocytes of F1 males of the codling moth. Proc. of the IV Intern. Symp. "Regulation of Insect Reproduction", Zinkovy,Czechoslovakia, 10-14 Sept. 1987, pp. 355-360

34. Гользберг К.Л., Анисимов А.И., 1990. Принципы организации генетического контроля регуляции диапаузы. Ж. общ. биол., т. 51, № 3, стр. 370-381.

35. Сароян Л.К., Анисимов А.И., 1991. Выделение моновольтинных линий яблонной плодожорки из природной популяции Араратской долины. I Всесоюзн. конф. по генетике насекомых. Москва, 19-21 ноября ¡991 г., тезисы докладов, стр. 95.

36. Anisimov A.I., 1993. Study of the mechanism and possibilities of using F1 sterility for genetic control of codling moth. Proc. of the Final Res. Co-ordinat. Meeting " Radiation Induced F1 Sterility in Lepidoptera for Area-Wide Control", Phoenix, Arizona, 9-13 Sept. 1991. Pabl. IAEA Vienna, Austria, 1993, pp. 135-155.

37. Анисимов А.И., Моисеева B.K., Ковалев Ю.Б., 1994. Избирательная стерилизация димилином самок весенней капустной мухи. Материалы Всеросс. научно-произв. совещания "Экологически безопасные и беспестицидные технологии получения растениеводческой продукции". Краснодар, 24-26 августа 1994 г., изд. Пущино 1994, часть 1, стр. 123-126.

38. Белякова Н.А., Анисимов А.И., 1995. Конкурентоспособность гетерозиготных по двум транслокациями самцов весенней капустной мухи. Всероссийский съезд по защите растений. Санкт-Петербург, 5-8 декабря 1995 г. Тезисы докладов, стр. 286.

39. Anisimov A.I., Shvedov A.N., 1996. Mutation strains and computer models for genetic control of lepidopteran pests. Working Material of the I-st Res. Co-ordinat. Meeting "Evaluation of Population Suppression by Irradiated Lepidoptera and Their Progeny". Jakarta, Indonesia, 24-28 April 1995. IAEA, Vienna, Austria, 1996, pp.75-86.

40. Белякова H.A., Анисимов А.И., 1997. Генетические^етоды борьбы с весенней капустной мухой. Сообщение 3. Частота хромосомных перестроек при облучении половых клеток Delia brassicae равными дозами рентгеновских лучейдГенетика (в печати).

41. Anisimov A.I., 1997. Ж new way in calculating competitiveness of sterile or mutant insect ' males. J. Econ. Entomol. (в печати).

Работа посвящается памяти моего первого и единственного научного руководителя Петра Яковлевича Шварцмана.