Feromony červených mravenců

Na bolestivé bodnutí červeného invazního mravence (Solenopsis invicta) není snadné zapomenout. Větší množství bodnutí může usmrtit drobná zvířata. Také lidé, kteří jsou citliví na mravenčí jed, jsou v ohrožení života.

Naneštěstí se červenému mravenci dobře daří na jihu a jihozápadě USA a je jedním ze 100 nejvýznamnějších invazních druhů na světě. Tento škůdce je rozšířen v městských, zemědělských, přírodních, rekreačních a průmyslových oblastech USA, kde zamořuje milióny hektarů a opravy škod, lékařská péče a regulace stojí 7 miliard US dolarů každý rok. Protože se tito mravenci šíří na sever, vědci Agricultural Research Service (ARS) Ministerstva zemědělství USA (USDA) sledují jejich cesty, zkoumají jejich chování a vyvíjejí inovativní techniky, které by mohly vést k novým biologickým metodám jejich regulace šetrných k životnímu prostředí.

Jednou ze zkoumaných oblastí jsou feromony, chemické látky vylučované mravenci s cílem iniciovat chování jiných mravenců. Například, stopovací feromony navádějí dělnice z hnízda ke zdrojům potravy, feromony královny přivolávají dělnice a sexuální feromony přivádějí dohromady samce a samice k páření. Vědci ARS poprvé demonstrovali, že neuropeptidový hormon, původně objevený u jedné můry, spouští produkci stopovacích feromonů. Mravenčí dělnice kladou chemickou stopu od potravy k hnízdu a přivolávají další dělnice, aby následovaly stopu a přinesly potravu.

Následování stopy

Hormon, který nás zajímá, se nazývá “neuropeptid aktivující biosyntézu feromonů” (Pheromone Biosynthesis Activating Neuropeptide, PBAN). Poprvé byl objeven a identifikován u můr vědci ARS v 80.-tých letech minulého století. Vědci zjistili, že PBAN řídí produkci pohlavního feromonu u samiček můr. Všechen doposud zkoumaný hmyz vykazoval variabilitu tohoto neuropeptidu - sloučeniny tvořené dvěma nebo více aminokyselinami. U jiného hmyzu, jako jsou švábi, bylo identifikováno více než 200 peptidů podobných PBAN, avšak způsob řízení biosyntézy feromonů, kromě můr, nebyl doposud znám.

V jednom pokusu, vědci injektovali dělnicím červených mravenců jejich specifický PBAN, aby zjistili, jestli tento proces ovlivňuje biosyntézu stopovacího feromonu. Výsledky ukázaly, že po vstříknutí PBAN byla produkce feromonu podstatně vyšší. Kromě specifického genu PBAN červeného mravence, identifikovali také DNA sekvenci receptorového genu PBAN tohoto mravence. Pomocí této informace zjistili, že receptorový gen byl exprimován v Dufourově žláze, která produkuje stopu tvořící feromon.

Umlčení (silencing) genů za účelem určení jejich funkce

Potom, co vědci ARS stanovili sekvenci těchto genů, použili relativně novou techniku RNA interference (RNAi), aby provedli další test úlohy PBAN při produkci stopovacího feromonu červeného mravence. Technologie RNAi zahrnuje použití normálně jednořetězcové RNA z nějakého genu a vytvoření dvouřetězcové RNA (dsRNA), která může být použita k potlačení exprese tohoto genu.

Vědci rozpustili dsRNA PBAN nebo jeho receptoru ve vodě, injektovali ho do mravenců a 24, 48 a 72 hodin po vstříknutí provedli pozorování. Když byla použita RNAi k potlačení exprese buď genu PBAN nebo receptoru genu PBAN, mravenci produkovali méně stopovacího feromonu než mravenci, kteří neprošli tímto ošetřením. Tyto výsledky potvrdily, že PBAN je zapojený v biosyntéze stopovacího feromonu u červených mravenců, a tudíž tato funkce není omezena na můry.

Použití RNAi k regulaci hmyzích škůdců

I když výše uvedený výzkum nebyl zaměřen na regulaci červených mravenců, zabránění produkce stopovacího feromonu by mohlo omezit přežívání mravenců, co se týče získávání zdrojů potravy, migrace a dalších aktivit. Tým vědců však také objevil, že gen PBAN je exprimován ve všech stádiích životního cyklu červených mravenců, což ukazuje, že tento gen má funkce mimo produkce feromonu. Vědci to demonstrovali potlačením exprese genu PBAN v larvách, kuklách a dospělcích červeného mravence a potom hledáním jakéhokoli pozorovatelného účinku na ošetřené mravence. Zjistili výrazně vyšší mortalitu dospělců a larev injektovaných PBAN RNAi než u neošetřených kontrol. Injektované kukly vykazovaly opožděný vývoj a také vysokou úmrtnost.

Gen PBAN má mnoho různých úloh. Když je narušena jeho expresi pomocí RNAi, je možné pozorovat mnohonásobné účinky na nedospělá stádia a také na dospělce. Dělnice starající se o snůšku, krmenou PBAN RNAi rozpuštěnou ve vodě s cukrem, vyvrhnou RNAi jejich hladové snůšce, která postupně ve velkém počtu hyne.

Spoluprací s průmyslovým partnerem, rozšířili vědci práci PBAN RNAi červených mravenců na černopásku bavlníkovou (Helicoverpa armigera) - můru a významného škůdce plodin. Na můře byla provedena velmi rozsáhlá studie. Černopásce bavlníkové podali PBAN RNAi v její standardní laboratorní dietě a PBAN RNAi měla překvapivé účinky. Tyto účinky zahrnovaly zpomalení rychlosti růstu a neschopnost vytvořit z larev kukly. Samičky můry, které přežily do dospělosti, měly menší množství pohlavního feromonu.

ARS byl udělen patent na používání RNAi k regulaci mravenců. Další tři patentové přihlášky na potlačení genu PBAN nebo jeho receptorového genu pomocí RNAi u červených mravenců a můr byly podány. Vědci ARS plánují zkoumat, jestli jiné feromony jsou aktivovány PBAN. Práce na používání RNAi při regulaci hmyzu pokračuje v rámci společné dohody o výzkumu a vývoji se soukromým průmyslovým partnerem.

Autor: Dr. Ing. Jaroslav Salava, VÚRV, v.v.i.

Líbil se Vám tento článek? Doporučte jej svým známým.

Použitá literatura

Anonymus (2014): On the Trail of Fire Ant Pheromone. shttp://www.ars.usda.gov/News/docs.htm?docid=1261

Anonymus (2014): Targeting Pheromones in Fire Ants. http://www.ars.usda.gov/is/AR/archive/apr14/ants0414.htm

Choi M. Y., and Vander Meer R. K. (2012): Ant trail pheromone biosynthesis is triggered by a neuropeptide hormone. PLOS one, 7 (11): e50400. doi:10.1371/journal.pone.0050400 1-7.

Choi, M. Y., and Vander Meer R. K. (2012): Molecular structure and diversity of PBAN/pyrokinin family peptides in ants. Frontiers in Endokrinology, 3: 1-8.

Choi M. Y., Vander Meer R. K., Coy M., and Scharf M. E. (2012): Phenotypic impacts of PBAN RNA interference in an ant, Solenopsis invicta, and a moth, Helicoverpa zea. Journal of Insect Physiology, 58: 1159-1165.