КАРТОЧКА ПРОЕКТА,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

 

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ


Номер 22-16-00075

НазваниеНа страже биобезопасности: раннее выявление опасных и потенциально инвазионных видов дендрофильных насекомых в азиатской части России с применением современных экологических и молекулярно-генетических подходов (ИнвАЗИЯ)

РуководительКириченко Наталья Ивановна, Доктор биологических наук

Организация финансирования, регионФедеральное государственное бюджетное научное учреждение "Федеральный исследовательский центр "Красноярский научный центр Сибирского отделения Российской академии наук" (ФИЦ КНЦ СО РАН), Красноярский край

Годы выполнения при поддержке РНФ 2022 - 2024 

КонкурсКонкурс 2022 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований отдельными научными группами»

Область знания, основной код классификатора 06 - Сельскохозяйственные науки, 06-101 - Лесное хозяйство

Ключевые словаДендрофильные насекомые, вредители, потенциальные инвайдеры, интродуцированные древесные растения, дозорные плантации, трофические ассоциации, современные ареалы, оценки рисков инвазий, филогеография, молекулярно-генетические библиотеки, оперативная видовая диагностика, регулирующие биотические факторы, азиатская часть России

Код ГРНТИ68.37.05


 

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ


Аннотация
Обострившаяся проблема биологических инвазий и увеличивающиеся масштабы разрушительных последствий в результате проникновения в среду чужеродных растительноядных насекомых ставят под серьезную угрозу биологическую безопасность регионов Российской Федерации. Традиционно инвазионные виды насекомых становятся объектом исследований только после их обоснования в новых экосистемах, когда справиться с их нашествием и негативным воздействием оказывается проблематично или вовсе невозможно из-за упущенного времени. Крайне актуальными и бесспорно своевременными должны стать исследования, направленные на раннее выявление потенциально инвазионных и вредоносных видов, понимание стратегий формирования новых трофических ассоциаций и анализ механизмов инвазий, до момента расширения ареалов таких видов. Необходимость реализации предлагаемого проекта связана с острым недостатком актуальных сведений об инвазионном потенциале и предпосылках инвазий насекомых, населяющих экологически и экономически важные местные и интродуцированные виды древесных растений в азиатской части России. Этот регион сегодня известен как природный ареал и значимый донор потенциально вредоносных видов дендрофильных насекомых как для европейской части России, так и для соседних стран. Впервые в данном проекте с использованием современных экологических и молекулярно-генетических подходов будут выполнены крупномасштабные исследования по раннему обнаружению потенциально инвазионных и вредоносных видов насекомых, быстрой видовой ДНК-диагностике, выявлению новых трофических связей, в которых насекомые могут в полной мере реализоваться как вспышечные виды, анализу природных регулирующих факторов и оценке рисков инвазий. Нами будет внедрен новый активно развивающийся подход к раннему выявлению потенциальных инвайдеров с помощью дозорных насаждений. Последними в проекте послужат ботанические сады и дендрарии с широким спектром интродуцированных видов древесных растений, а также насаждения древесных растений-интродуцентов разного целевого значения в азиатской части России. Их изучение позволит выявить потенциально инвазионных вредителей среди представителей местной дендрофильной энтомофауны, переключившихся на древесные растения-интродуценты с местных растений, а также установить опасные чужеродные виды, проникшие в регионы. Изучение комплексов местных насекомых – вредителей листьев/хвои, древесины (среди которых чаще всего встречаются опасные инвазионные виды) – на древесных растениях-интродуцентах в азиатской части страны и анализ особенностей освоения ими новых трофических ниш помогут лучше понять предпосылки инвазий дендрофильных насекомых. Впервые будут разработаны ДНК-библиотеки насекомых указанных трофических групп, обнаруженных на растениях-интродуцентах в азиатской части России, что позволит составить представление о спектре видов, требующих особого внимания со стороны карантинных служб. Привлечение архивных музейных образцов вредоносных аборигенных насекомых и их анализ с применением секвенирования нового поколения позволит пополнить такую базу и составить представление о спектре потенциальных вредителей среди насекомых-филлофагов и ксилофагов и их генетической вариабельности. Изучение связей местных паразитоидов с аборигенными растительноядными насекомыми, переключившимися на интродуцированные древесные растения, позволит оценить регуляторный потенциал паразитических комплексов при возможных инвазиях их хозяев. Особое внимание в проекте будет уделено экологии и филогеографии сибирского шелкопряда, Dendrolimus sibiricus, крайне вредоносного вида хвойных растений в азиатской части России и потенциального инвайдера в регионы Европы. Впервые будет выявлена генетическая вариабельность вспышечных популяций вида, разработана ДНК-библиотека его основных видов паразитоидов, составлен прогноз возможного расширения ареала и оценены риски случайной интродукции вредителя. По территориальному и таксономическому охвату исследований, своевременности, новизне и междисциплинарности подходов данный проект не имеет аналогов в России.

Ожидаемые результаты
В результате выполнения проекта будут изучены комплексы листоядных насекомых (листогрызов – преимущественное чешуекрылых, и минеров – молей, жуков), растительноядных клопов, вредителей побегов и древесины (древоточцев, короедов, усачей, златок), атакующих экологически и экономически значимые местные и интродуцированные виды древесных растений в Западной и Восточной Сибири, а также на юге российского Дальнего Востока. Впервые будут установлены виды, успешно реализующие свой инвазионный и вредоносный потенциал на древесных растениях-интродуцентах, выявлен спектр их новых трофических ассоциаций. Впервые будут разработаны ДНК-библиотеки для быстрой и точной идентификации видов из указанных трофических групп, аборигенные представители которых будут выявлены на растениях-интродуцентах (особенно при повышенной численности), и комплементарно дополнены ценными молекулярно-генетическими данными при секвенировании музейных образцов дендрофильных видов насекомых, имеющих фитосанитарное значение. На примере комплексов насекомых-филлофагов и ксилофагов будут проверены гипотезы, связанные с биологическими инвазиями, в частности, оценена роль филогенетического фактора (степень родства растений-интродуцентов с местной арборифлорой) и биогеографического происхождения растений при освоении аборигенными насекомыми новых кормовых ресурсов. На модельной группе минирующих насекомых будет проверена гипотеза ухода из-под пресса естественных врагов (паразитоидов) при освоении местными минерами новых кормовых растений для понимания реакции и оценки степень эффективности местных паразитических комплексов при возможном расширении ареалов их хозяев. Наконец, для опаснейшего вредителя хвойных растений – сибирского шелкопряда, Dendrolimus sibiricus, будет выявлена генетическая вариабельность его вспышечных популяций, установлены наиболее опасные и потенциально инвазионные гаплотипы вида. На основе современных полевых сборов и музейных коллекций будет разработана ДНК-библиотека основных видов паразитоидов, необходимая для точной идентификации видов и анализа их внутри- и межвидовой вариабельности (для разрешения проблем диагностики сложных видовых комплексов). На основе обновленных данных будет составлен прогноз возможного расширения ареала вида и дана оценка рисков его непреднамеренной интродукции в новые регионы. Результаты в полной мере будут соответствовать мировому уровню, учитывая растущую потребность в знаниях об инвазионных видах до их распространения и нанесения вреда древесным растениям за пределами естественных ареалов таких насекомых. В совокупности ожидаемые результаты помогут оценить инвазионный и вредоносный потенциал североазиатской дендрофильной энтомофауны и понять механизмы инвазий экологически и экономически важных групп вредителей. Они также помогут усовершенствовать ранние диагностические методы выявления и идентификации видов на любых их стадиях развития. Полученные результаты будут иметь важное фундаментальное и практическое значение, в том числе для карантинных и лесозащитных организаций, и будут в высокой степени важны как для России, так и зарубежных стран.


 

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ


Аннотация результатов, полученных в 2022 году
За первый год реализации проекта проведены следующие работы и получены результаты: Выявлены новые трофические ассоциации дендрофильных насекомых с местными и интродуцированными видами древесных растений в ботанических садах и дендрариях Сибири и российского Дальнего Востока. Впервые для короедов Anisandrus maiche, Ips amitinus, Polygraphus proximus (Coleoptera: Curculionidae, Scolytinae), долгоносика Magdalis violacea (Curculionidae), усача Clytus arietodes (Cerambycidae) задокументированы новые кормовые растения среди представителей североамериканской и восточноазиатской дендрофлоры. В результате работы с государственными и частными энтомологическими коллекциями разработано 3 обновляемых референсных молекулярно-генетических библиотеки на генетической платформе BOLD, Barcode of Life Data System (https://www.boldsystems.org/) для 380 образцов 350 видов усачей, короедов, златок, древоточцев и некоторых чешуекрылых (преимущественно пядениц) – известных и потенциальных вредителей древесных растений в азиатской части России и прилегающих регионах. Дополнительно подготовлено 3 обновляемых референсных ДНК-библиотеки: для образцов сибирского шелкопряда Dendrolimus sibiricus (Lepidoptera: Lasiocampidae) и родственных видов (коллекционные образцы 5-130-летней давности), а также для паразитоидов сибирского шелкопряда (по свежим сборам в очагах D. sibiricus в регионах Сибири). Проанализированы трофические связи молей-пестрянок (Lepidoptera: Gracillariidae) с местными и интродуцированными видами древесных растений в Сибири. В этом макрорегионе в период 1948–2022 гг. 15 видов молей-пестрянок заметно повышали численность. Установлена тенденция к нанесению вреда древесным растениям минирующими молями в искусственных экосистемах – в городских насаждениях, парках, дендрариях, ботанических садах, лесопитомниках. Показано, что основным донором чужеродных видов молей-пестрянок для Сибири является европейская часть России. Проведен филогенетический анализ (по гену COI митДНК) тополевой моли-пестрянки Phyllonorycter populifoliella (Lepidoptera: Gracillariidae) – вредителя тополей в России. Установлена величина внутривидового полиморфизма. Наибольшая генетическая дистанция (2,02%) обнаружена между сибирскими (Красноярск) и европейскими (Финляндия) образцами моли. На примере трехуровневой системы «растения-интродуценты – местные минирующие насекомые – местные паразитоиды» оценена роль местных паразитических комплексов при расширении ареала их хозяев (минирующих насекомых, переключившихся на чужеродные растения). Показано, что паразитизм выше у аборигенных листовых минеров, осваивающих местные древесные растениях, чем у аборигенных листовых минеров, переключившихся на питание неместными видами растений. Проведен анализ комплексов паразитоидов, связанных с липовой моли-пестрянкой Phyllonorycter issikii (Lepidoptera: Gracillariidae) в природном ареале (Приморский край) и в регионе инвазии вида (Новосибирская обл.). По морфологии и молекулярно-генетическим характеристикам идентифицировано 19 видов паразитоидов из семейств Braconidae и Eulophidae. Эвлофида Pleurotroppopsis japonica – новый вид для России, 8 видов эвлофид (Elachertus fenestratus, E. inunctus, Pnigalio soemius, P. pectinicornis, Sympiesis gordius, Chrysocharis laomedon, Minotetrastichus frontalis, Mischotetrastichus petiolatus) – новые для Новосибирской области. Из Приморского края описано 4 новых вида паразитоидов – 3 вида эвлофид Acrysocharoides nagasawi Kosheleva, 2022, A. carinatus Kosheleva, 2022, Cirrospilus ussuriensis Kosheleva, 2022 и 1 вид браконид – Pholetesor nataliae Belokobylskij, 2022. Скомпелирован список паразитоидов липовой моли-пестрянки, насчитывающий 79 видов в современном ареале вида – Палеарктике. Исследован характер наследования параметров диапаузы инвазионного восточноазиатского вредителя – коричневого мраморного клопа Halyomorpha halys (Heteroptera: Pentatomidae). Показано, что время развития нимф и доля диапаузирующих взрослых насекомых в потомстве межпопуляционных гибридов коричневого мраморного клопа H. halys из природной (Ю. Корея) и инвазионной (Россия, Краснодарский край) популяций соответствуют средним значениям между соответствующими показателями особей из родительских популяций. В Кемеровской области выявлено 20 новых видов клопов из 7 семейств (Saldidae, Miridae, Tingidae, Berytidae, Lygaeidae, Acanthosomatidae, Pentatomidae), что увеличило список видов клопов этого региона с 187 до 207 видов. т.е. на 10,7%. Большинство видов клопов (70 % всех видов в исследовании) были обнаружены в двух ботанических садах в Кемеровской области, что подчеркивает исключительную важность вовлечения таких насаждений в фаунистические исследованиях и инвентаризационные работы. В регионе впервые выявлено два чужеродных растительноядных вида клопов – Hoplomachus thunbergii (Miridae) и Arocatus rufipes (Lygaeidae), происходящие из европейской и дальневосточной частей России, соответственно. Эти виды представляют собой новые находки для азиатской части России (H. thunbergii) и Сибири (A. rufipes). Проанализированы молекулярно-генетические данные хлопковой огневки Haritalodes derogata (Lepidoptera: Crambidae) – нового азиатского вида-вредителя древесных растений, выявленного на Черноморском побережье России. Установлено близкое генетическое родство сочинской популяции с образцами вида из Китая и Филиппин. Выраженные генетические различия между экземплярами H. derogata, происходящими из прочих частей мира (в частности, Африки и Австралии), могут свидетельствовать о наличии криптических видов. Создан информационный ресурс проекта: https://www.researchgate.net/project/Guarding-the-national-biosafety-early-detection-of-dangerous-and-potentially-invasive-dendrophyllous-insect-pests-in-Asian-Russia-using-modern-ecological-and-molecular-genetic-approaches-InvASIA

 

Публикации

1. - Участие энтомологов ИЛ во всероссийской конференции, приуроченной к 190-летию Зоологического института РАН, Санкт-Петербург Новостной портал ИЛ СО РАН, 22 июля 2022 г. (год публикации - ).

2. - Российские учёные разрабатывают ДНК-библиотеки вредителей леса Новостной портал СФУ, 14 июля 2022 г. (год публикации - ).

3. - Guarding the national biosafety: early detection of dangerous and potentially invasive dendrophyllous insect pests in Asian Russia using modern ecological and molecular genetic approaches (InvASIA) ResearchGate, 23 октября 2022 г. (год публикации - ).

4. Гомбоц С., Кириченко Н.И. An Overview of Gracillariidae leaf mining moths in Slovenia with new records for the country Diversity, 14(811): 1-21 (год публикации - 2022).

5. Карпун Н.Н., Журавлева Е.Н., Шошина Е.И., Кириченко Н.И. The detection of an alien pest, the cotton leaf roller Haritalodes decorata (Lepidoptera: Crambidae), on the Black Sea Coast of Russia Far Eastern Entomologist, 465: 12-21 (год публикации - 2022).

6. Кириченко Н.И., Керчев И.А., Яковлев Р.В., Мусолин Д.Л. Разработка молекулярно-генетических библиотек насекомых – вредителей древесных растений в азиатской части России: ДНК-баркодинг полевых и музейных образцов Всероссийская конференция «Зоологические коллекции как источник генетических ресурсов мировой фауны – классические и современные подходы к их изучению, хранению и использованию», 22–23 июня 2022 г., Зоологический институт РАН, Санкт-Петербург, с. 20 (год публикации - 2022).

7. Кириченко Н.И., Рязанова М.А. Ефременко А.А., Мусолин Д.Л., Захаров Е.В. Находки мин тополевых молей-пестрянок Phyllonorycter spp. (Lepidoptera: Gracillariidae) на гербаризированных листьях более чем вековой давности: идентификация видов по ДНК-баркодированию останков насекомых Всероссийская конференция «Зоологические коллекции как источник генетических ресурсов мировой фауны – классические и современные подходы к их изучению, хранению и использованию», 22–23 июня 2022 г., Зоологический институт РАН, Санкт-Петербург, С. 21 (год публикации - 2022).

8. Кириченко Н.И., Рязанова М.А., Ефременко А.А. Трофические связи и вредоносность местных и чужеродных видов минирующих молей-пестрянок (Lepidoptera: Gracillariidae) в Сибири Сибирский лесной журнал, - (год публикации - 2023).

9. Кириченко Н.И., Рязанова М.А., Ложенко М.Д., Ефременко А.А. Создание референсных ДНК-библиотек для оперативной видовой диагностики местных и чужеродных видов насекомых – вредителей леса в азиатской части России Научная конференция «Интеграция науки и образования: современные проблемы, достижения и инновации в области экологии и устойчивого развития», 01.11.2022 – 03.11.2022, СФУ, Красноярск, - (год публикации - 2022).

10. Кошелева О.В., Белокобыльский С.А., Кириченко Н.И. The hymenopterous parasitoids of the lime leaf miner Phyllonorycter issikii (Kumata) (Lepidoptera: Gracillariidae) from its native and invaded regions in Asian Russia Diversity, 14 (707): 1-34 (год публикации - 2022).

11. Резник С.Ю., Карпун Н.Н., Долговская М.Ю., Саулич А.К., Мусолин Д.Л. Meet me halfway: will photoperiodic responses of interpopulation hybrids of the brown marmorated stink bug Halyomorpha halys (Hemiptera: Heteroptera: Pentatomidae) promote or constrain subsequent invasions? Diversity, 14(878):1-12 (год публикации - 2022).

12. Рудой В.В., Винокуров Н.Н., Коршунов А.В., Ефимов Д.А., Кириченко Н.И. New records of native and alien true bugs (Heteroptera) from Kemerovo Region, Western Siberia, Russia Acta Biologica Sibirica, (8) 483–506 (год публикации - 2022).

13. Рязанова М.А. ДНК-баркодинг паразитоидов липовой моли-пестрянки Phyllonorycter issikii (Lepidoptera: Gracillariidae) в Западной Сибири XXV Международная экологическая студенческая конференция, 25-27 ноября 2022 г., НГУ, Новосибирск, - (год публикации - 2022).

14. Рязанова М.А., Кириченко Н.И. Разработка аннотированных гербарных каталогов с повреждениями насекомых, минирующих листья древесных растений в России Научная конференция «Интеграция науки и образования: современные проблемы, достижения и инновации в области экологии и устойчивого развития», 01.11.2022 – 03.11.2022, СФУ, Красноярск, - (год публикации - 2022).