9.2. ВАРИАНТЫ ГЕНЕТИЧЕСКОГО МЕТОДА

Выпуск стерильных самцов, несущих доминантные летальные мутации. Описанный выше первый пример успешного использования генетического метода относится к индуцированной стерильности насекомых. Путем радиоактивного облучения особей или обработки их специальными химическими веществами добиваются эффекта стерильности (лучевая и химическая стерилизации). Иными словами, выпущенные самцы содержат в геноме доминантные летальные мутации.

Лучевая стерилизация. Это искусственная стерилизация насекомых с помощью ионизирующего облучения, в качестве которого чаще всего используют рентгеновское, особенно гамма-лучи. Преимущественные источники излучения — радиоактивные изотопы кобальта и цезия. Как уже отмечалось, облучение вызывает прекращение упорядоченного деления хромосом в клетках репродуктивных органов, не нарушая остальных процессов жизнедеятельности. Выпуск в природу стерилизованных самцов производят с таким расчетом, чтобы их численность во много раз превышала численность самцов естественной популяции. В результате преобладания стерилизованных самцов численность нового поколения популяции снижается.

Один из основных вопросов при разработке методов лучевой стерилизации — определение оптимальных стерилизующих доз. При этом следует учитывать, что наряду со стерилизующим действием радиации на насекомых может наблюдаться снижение их биологической активности. Вследствие этого облученные насекомые могут оказаться недостаточно конкурентоспособными в поисках самок и при спаривании. Величина оптимальных стерилизующих доз зависит от вида насекомого. Например, для чешуекрылых эта доза в 3...4 раза выше, чем для мух. Весьма важный вопрос практического использования лучевой стерилизации насекомых — число стерильных особей, которые должны быть выпущены в полевые условия для подавления естественной популяции. Оптимальное число особей зависит от биологических особенностей вредителя, числа спариваний, плодовитости и т. д. Рассчитано, что для получения 10-кратного снижения репродуктивного потенциала популяции в поколении F (первом поколении после выпуска) соотношение полностью стерильных особей к нормальным должно быть 9:1. Для полного уничтожения популяции вредных насекомых необходимо проводить повторные выпуски стерилизованных насекомых в течение нескольких поколений.

Есть опыт облучения не специально выращенных, а собранных в природе насекомых. В долине Альп (Швейцария) стряхивали особей майского хруща с деревьев, облучали и выпускали в район их обитания. Местная популяция жуков исчезала после нескольких выпусков.

Химическая стерилизация. Уменьшить или полностью устранить способность к размножению можно и с помощью специальных химических веществ — хемостерилянтов. Применение химической стерилизации возможно в двух направлениях: выпуск в природную популяцию предварительно выловленных или специально размноженных насекомых, подвергнутых обработке хемостери-лянтами, или обработка ими насекомых природной популяции в местах их скопления. В качестве хемостерилянтов используют:

• производные этиленимина (тэф, тиотэф, афолет и др.);

• антиметаболиты (пурины, пиримидины);

• триазины, фосфамиды.

С 1963 г. в ВИЗР разрабатывали способы химической стерилизации яблонной плодожорки, совок, вредной черепашки. Хемо-стерилянты поглощаются либо с кормом, либо через кутикулу насекомых. Как и в случае облучения, необходим выбор оптимальных доз химических мутагенов. Однако использование хемостерилянтов ограничено из-за возможной опасности их для окружающей среды (некоторые из них канцерогенны). Правда, в последнее время обнаруживают экологически безопасные вещества, способные стать хемостерилянтами. Российскими и зарубежными учеными показана возможность использования в качестве хемостерилянтов ингибиторов синтеза хитина (димилина, луфенурона).

При использовании лучевой и химической стерилизации комплекс разнообразных генетических нарушений обусловлен в основном доминантными летальными мутациями.

Для успешного применения выпуска полностью стерильных насекомых необходимо выполнение следующих требований:

• разведение большого количества насекомых;

• стерилизация большого количества насекомых;

• достаточная конкурентоспособность выпускаемых насекомых;

• оптимальные системы выпуска;

• проведение точной оценки численности популяций вредителя до и после выпуска;

• достаточно большая (или хорошо изолированная) площадь обработки, чтобы исключить иммиграцию здоровых самок.

Массовое разведение насекомых методами технической энтомологии выполнимо для многих видов (яблонной плодожорки, капустной совки, амбарного долгоносика, фасолевой зерновки и др.). Большое значение имеет подбор искусственной питательной среды, оптимизация абиотических факторов технобиоценоза.

Процедура стерилизации большого числа насекомых упрощается при ее проведении в местах скопления насекомых в полевых условиях. Среди возможностей стерилизации природных популяций отмечают успешное применение ловушек разного типа (цветовых, феромонных) с хемостерилянтом.

Если конкурентоспособность выпускаемых самцов ниже, чем у природных особей, возникает проблема увеличения их численности для достижения желаемого эффекта снижения численности природной популяции. Необходим строгий контроль за сохранением конкурентоспособности как при разведении насекомых, так и при их стерилизации.

Выпуск в природу стерильных насекомых следует осуществлять равномерно на больших площадях, для этого приемлемо использование авиации. Время выпуска должно быть приурочено к появлению имаго природной популяции для максимального числа спариваний.

Наследуемая стерильность. Вместо полной стерилизации предложено использовать явление наследуемой стерильности (Proverbs, 1962). Сущность его состоит в том, что особи F оказываются более стерильными, чем обработанные самцы родительского поколения. При этом лучевая или химическая стерилизация менее интенсивна, чем при полной стерилизации. Происходит передача аберрантных (измененных) хромосом от популяции выпущенных насекомых природной. Обычно это осуществляется в форме транслокации — отрыва части хромосомы и перемещения ее в новое положение. Частичная стерилизация повышает конкурентную способность самцов. По имеющимся расчетам (Knipling, Klassen, 1976), даже без учета повышения конкурентоспособности выпуск частично стерилизованных самцов более эффективен, чем полностью стерилизованных. В некоторых случаях наследуемая стерильность гибридов F детерминируется инверсиями — поворотом участка хромосомы на 180°.

Использование рецессивных летальных мутаций. Вариант генетического метода, альтернативный полной стерилизации осо-

бей, — выпуск в природные популяции самцов, содержащих рецессивные, сцепленные с мужским полом летальные мутации (Струнников, 1979). После скрещивания выпущенных самцов с природными самками подавляющее число дочерей в потомстве гибнет. Наследование рецессивных летальных мутаций по мужской линии приводит к гибели самок в последующих поколениях. Работами сотрудников ВИЗР под руководством А. И. Анисимова показано, что выделение строго рецессивных сцепленных с полом летальных мутаций (РСПЛМ) у чешуекрылых не представляет трудностей. Гетерозиготные по этим мутациям самцы яблонной плодожорки не снижали конкурентоспособности. Установлено, что наиболее рациональный для чешуекрылых насекомых — вариант метода на основе выпуска самцов, гетерозиготных по РСПЛМ, дополнительно облученных малыми дозами радиации (Анисимов, 2001).

Линии насекомых с условно-летальными мутациями. Традиционный в генетическом методе выпуск стерильных насекомых с доминантными летальными мутациями имеет ряд недостатков. Чтобы достичь искоренения популяции вредителей, нужно поддерживать высокое соотношение стерильных насекомых к нормальным, обеспечивать равномерное смешивание особей. Из-за низкой конкурентоспособности часто требуется слишком высокое соотношение стерильных особей к природным (от 10:1 до 1000: 1). Это послужило основанием для разработки вариантов введения в природные популяции насекомых с условно-летальными мутациями. Использование способа подразумевает выпуск мутантных насекомых, численность которых равна природной популяции или несколько превышает ее. Эти мутантные насекомые несут признак, который детален только в ограниченных условиях. Условия, проявляющие летальный эффект мутантных генов, наступают после вовлечения их в генофонд и широкого распространения в популяции. Пригодны гены температурной зависимости; гены, вызывающие отсутствие диапаузы или изменения поведения (переход от моновольтинного развития к поливольтинному) и другие, которые не имеют значения для развития лабораторных популяций насекомых, но становятся летальными в природных условиях. Для введения мутаций, изменяющих вредоносность насекомых, полезно их сцепление с другими генетическими элементами, способными повышать свою частоту в популяции. Эти генетические элементы называют транспортными механизмами. К ним относятся, например, хромосомные перестройки, факторы цитоплазматической несовместимости или гибридной стерильности.

В последнее время большие надежды возлагают на создание линий насекомых, несущих доминантные условно-летальные гены, методами генетической трансформации. Методы генной инженерии дают возможность вставлять гораздо большее число генов на нескольких локусах по сравнению с классическим методом.

Среди других факторов, которые можно использовать в генетическом методе, известно явление цитоплазматической несовместимости с наследованием по женской линии и другие случаи несовместимости и гибридной стерильности. Так, цитоплазматическая несовместимость возникает при гибридизации особей одного вида, не встречающихся вместе.

Разделение полов для совершенствования генетического метода. В автоцидном методе защиты растений от вредителей в большинстве случаев важно отделить самцов от самок перед выпуском в природу. С одной стороны, выпуск самок бывает просто ненужным, с другой стороны, с экономической точки зрения необходимо элиминировать один пол еще в стадии яйца, что вдвое выгоднее при разведении насекомых. Предложены схемы для удаления самок на стадии яйца или личинок 1 -го возраста. С этой целью выбирают аллели, устойчивые к специфическим токсическим химическим веществам, затем индуцируют транслокации между Y-xpo-мосомой и хромосомой, несущей локус устойчивости. В этом случае при внесении токсических химикатов в лабораторную популяцию выживают только особи мужского пола, несущие аллели устойчивости к токсинам. Можно использовать механическое разделение в сочетании с генетическими манипуляциями. Посредством хромосомных транслокаций получают мутанты с разной окраской куколок самок и самцов, которые легко отделить друг от друга, хотя не исключаются ошибки из-за кроссинговера.

Некоторые варианты по своей принципиальной схеме требуют только выпуска самцов (Анисимов, 1985, 1994). К ним относится использование сцепленных с мужским полом транслокаций; индуцированной наследуемой стерильности у видов с равной или меньшей чувствительностью самок к стерилянтам; сцепленных с полом рецессивных летальных мутаций у чешуекрылых. У некоторых видов насекомых наблюдается более высокая устойчивость женских генеративных органов по сравнению с мужскими. Поэтому отделение самок обеспечивает снижение доз стерилянтов, что, в свою очередь, повышает конкурентоспособность самцов.

Для разделения полов существует несколько методов, которые основаны на дифференцированной реализации определенных наследственных факторов у самок и самцов. Так, для чешуекрылых насекомых показана возможность получения мужского потомства при использовании сбалансированных рецессивных летальных мутаций в половых хромосомах (Струнников и др., 1979). Более универсальными считаются системы генетического разделения полов с использованием температурочувствительных летальных мутаций или генов устойчивости к инсектицидам, сцепленных с факторами детерминации пола. На примере весенней капустной мухи показано, что для выделения мутаций устойчивости к инсектицидам, сцепленных с фактором детерминации мужского пола, пригоден пиретроид децис (Ковалев, 1985).