Genetisk arkitektur av ekologisk nisch bredd hos skadeinsekter

Tidsperiod:

1 januari 2019 – 31 december 2022

Projektledare:

Göran Arnqvist

Projektdeltagare:

David Berger

Finansiär:

Formas

Bidragstyp:

Oklassificerat

Budget:

2 997 903 SEK

Ärtväxter är, näst efter gräs, mänsklighetens viktigaste gröda. En grupp insekter, fröbaggar, är förödande skadedjur på ärtväxtgrödor. I många utvecklingsländer, där ärtväxter ofta är den huvudsakliga proteinkällan, orsakar angrepp av fröbaggar årliga skördeförluster om många 10-tals miljoner US dollar. Detta projekt syftar till att ge en detaljerad kunskap om det sätt som fröbaggar lyckats avgifta ärtväxternas frön. Denna kunskap kommer att ge oss möjlighet att producera grödor vilka är mer motståndskraftiga mot dessa insekters angrepp. Mer traditionell växtförädling mot typer som innehåller försvarssubstanser för vilka fröbaggar saknar avgiftningsenzym är en möjlighet, genetisk modifiering där naturliga försvarssubstanser introduceras i växternas genom är ett annat. Forskarna i detta projekt kommer under projektets alla faser att arbeta i nära samarbete med bl.a. kollegor vid CGIAR (Consultative Group for International Agricultural Research) för att tillse att resultaten kommer att bidra till ett globalt mer hållbart jordbruk.Många djurarter kan endast utnyttja väldigt specifika resurser för sin överlevnad, medan andra arter frodas på en mängd olika resurstyper. Vår kunskap om vad som gör vissa arter ekologiska ”specialister” och andra ekologiska ”generalister” är generellt sett mycket bristfällig, trots att sådan kunskap är vikig både ur ett naturvårdsperspektiv och då det gäller att hantera skadedjur vilka är generalister inom jord- och skogsbruk. Tack vare den snabba tekniska utvecklingen av vår förmåga att läsa av arters totala arvsmassa (dvs deras genom [jenå´m]) kan vi nu för första gången i detalj kartlägga de genetiska faktorer som gör det möjligt för vissa arter att vara generalister. Detta forskningsprojekt har precis denna bredare ambition och kommer alltså att arbeta med den grupp skalbaggar som kallas fröbaggar.Projektet syftar till att förstå och beskriva de genetiska faktorer som gör det möjligt för fröbaggar att utnyttja olika typer av ärtväxter som födoresurs. För att skydda sig mot växtätare lagrar ärtväxter stora mängder av olika typer av försvarsubstanser i sina frön. Detta bidrar starkt till att råa ärtor och bönor är så svåra att smälta t.ex. för oss människor. Alla djur producerar olika typer av matsmältningsenzymer i sin mag- och tarmkanal, och de vanligaste försvarssubstanserna bland växter är ämnen som blockerar djurens enzymer och därmed gör det omöjligt att bryta ner och tillgodogöra sig näringen i födan. Fröbaggar är egentligen den enda djurgrupp som lyckats utveckla förmågan att leva på ärtväxtfrön. En bidragande orsak till detta tror vi är att de utvecklat ovanligt många, och även specifika, matsmältningsenzym. Men vissa fröbaggar kan bara leva på en enda värdväxt (dvs är specialister) medan andra kan leva på mer än 40 olika värdväxter (dvs är generalister), och denna variation beror på deras förmåga att ”avgifta” eller neutralisera växternas olika försvarssubstanser. Matsmältningsmaskineriet bestämmer alltså om en art är specialist eller generalist.Detta projekt består av fyra delar, vilka kommer att bedrivas parallellt. (1) Vi kommer att beskriva och karakterisera genomet hos nio olika arter av fröbaggar. Detta gör det möjligt för oss att i detalj bestämma hur matsmältningsmaskineriet fungerar hos olika arter, t.ex. hur många gener som är inblandande och i vilka former dessa finns representerade i deras genom. (2) I en serie experiment kommer vi att utröna hur matsmältningsmaskineriet används hos olika arter. Detta gör vi genom att larver odlas på olika typer föda varvid vi läser av (via s.k. RNA sekvensering) vilka typer av matsmältningsenzym som är aktiva i deras mag-tarmkanal. Härigenom kan vi bestämma hur mångfacetterat och flexibelt olika arters matsmältningsmaskineri är. (3) Då vissa av de arter som ingår i projektet är specialister och andra är generalister (och skadedjur) kommer vi att kunna idenfiera de genetiska faktorer som gör det möjligt för generalister att utnyttja olika typer av födoslag. Vi kommer t.ex. att kunna svara på om de har ovanligt många olika gener för matsmältningsenzym eller om de har utvecklat en förmåga att använda sitt matsmältningsmaskineri på ett ovanligt flexibelt sätt. Detta kommer att ge unika vetenskapliga insikter i de mekanismer som styr huruvida djurarter är specialister eller generalister. (4) Projektets utlimata del syftar till att finna grödor med försvarssubstanser för vilka dessa skadeinsekter saknar avgiftningsenzym.