Das erste qualitativ hochwertige Genom der Wüstenheuschrecke – jene gefräßigen Fresser von Pest und Verwüstung und das zerstörerischste Wanderinsekt der Welt – wurde von Wissenschaftlern des Agricultural Research Service des US-Landwirtschaftsministeriums produziert.
Das Genom der Wüstenheuschrecke (Schistocerca gregaria) ist mit knapp 9 Milliarden Basenpaaren enorm, fast dreimal so groß wie das menschliche Genom.
„Wir waren besorgt, dass es angesichts dieses riesigen und sehr wahrscheinlich komplexen Genoms der Wüstenheuschrecken eine extrem lange und schwierige Aufgabe werden würde. Wir waren jedoch in der Lage, in weniger als 5 Monaten von der Probenentnahme zu einem endgültig zusammengesetzten Genom zu gelangen. “, sagte der Entomologe Scott M. Geib von der ARS Tropical Crop and Commodity Protection Research Unit in Hilo, Hawaii, und einer der Teamleiter. „Die Wüstenheuschrecke ist eines der größten Insektengenome, das jemals fertiggestellt wurde, und alles wurde von einer einzigen Heuschrecke gemacht.“
Diese eine Heuschrecke wurde vom chemischen Ökologen Baldwyn Torto vom International Centre of Insect Physiology and Ecology (ICIPE) in Nairobi, Kenia, zur Verfügung gestellt. Er und sein Team spürten Heuschreckenschwärme auf und sammelten Exemplare in ganz Kenia, bis er zwei Eltern hatte, die er züchten konnte, um einen Nachwuchs mit bekanntem Stammbaum zu produzieren.
Die Größe der Chromosomen der Wüstenheuschrecke ist bemerkenswert; Vergleichen Sie sie mit denen der Modellfruchtfliege Drosophila melanogaster, dem ersten Insektengenom, das jemals zusammengesetzt wurde. Viele der einzelnen Chromosomen der Wüstenheuschrecke sind größer als das gesamte Genom der Fruchtfliege.
„Bei der Wüstenheuschrecke hatten wir es mit einem viel größeren Genom in viel weniger Teilen zu tun – etwa 8,8 GB in nur 12 Chromosomen. Neben der Fruchtfliege ist es wie ein 18-Rad neben einem Kleinwagen“, sagte Geib. „Es war, als würde man ein typisches Insektengenom viele, viele Male sequenzieren. Aber mit den heutigen Fortschritten in den DNA-Sequenzierungstechnologien sind wir jetzt in der Lage, extrem genaue Genome von Insekten zu generieren, die früher unerreichbar gewesen wären.“
ARS hat das Genom der internationalen Forschungsgemeinschaft über das National Center for Biotechnology Information zur Verfügung gestellt.
Wüstenheuschreckenplagen treten zyklisch auf und wurden seit den Zeiten der Pharaonen im alten Ägypten bis zurück ins Jahr 3200 v. Sie verursachen Verwüstungen in Ostafrika, im Nahen Osten und in Südwestasien und bedrohen die Ernährungssicherheit in vielen Ländern.
Ihr Schaden kann massiv sein. Ein kleiner Schwarm kann an einem Tag so viel Nahrung zu sich nehmen, wie 35.000 Menschen ernähren würde; Ein Schwarm von historischem Ausmaß, der das Gebiet von New York City bedeckt, frisst an einem Tag die gleiche Menge wie die Bevölkerung von New York, Pennsylvania und New Jersey zusammen, so die Ernährungs- und Landwirtschaftsorganisation der Vereinten Nationen.
Die derzeitige Bekämpfung von Wüstenheuschrecken hängt hauptsächlich davon ab, Schwärme zu lokalisieren und sie mit Breitspektrum-Pestiziden zu besprühen. Letztendlich könnte diese Genomik-Arbeit die Abhängigkeit von solchen Pestiziden verringern.
„Ein qualitativ hochwertiges Genom zu haben, ist ein großer Schritt in Richtung der Suche nach gezielten Kontrollen“, sagte Geib. „Es wird uns auch wertvolle Informationen über Verwandte der Wüstenheuschrecke liefern, die in Amerika große Schädlinge sind, wie die Mormonengrille, eine andere schwärmende Art, die die Ernährungssicherheit der USA beeinträchtigen kann.“
Diese Arbeit ist Teil der Ag100Pest Initiative, einem ARS-Programm zur Entwicklung hochwertiger Genome für die 100 wichtigsten Arthropodenschädlinge in der Landwirtschaft als Grundlage für Grundlagenforschung und angewandte Forschung.
Fünf Wüstenheuschrecken-Fakten